Wissenschaftler der Universität Genf (UNIGE) haben ein Tool entwickelt, das mithilfe von Licht präzise steuert, wann und wo Medikamente zu wirken beginnen, um sicherzustellen, dass sie genau dort wirken, wo sie benötigt werden. Damit medikamentöse Behandlungen wirksam sind und Nebenwirkungen minimieren, müssen sie zur richtigen Zeit und am richtigen Ort wirken – eine schwer fassbare Herausforderung.
Jetzt hat ein Team aus Biologen und Chemikern an der Universität der Vereinten Nationen ein System entwickelt, das Moleküle mit kurzen Lichtimpulsen von nur wenigen Sekunden aktiviert. Durch das Testen eines Proteins, das für die Zellteilung essentiell ist, könnte die Methode auf andere Moleküle angewendet werden, mit vielversprechenden Anwendungen sowohl in der Forschung als auch in der Medizin. Es könnte sogar bestehende Behandlungen, etwa gegen Hautkrebs, verbessern. Die Ergebnisse wurden kürzlich in Nature Communications veröffentlicht.
Nachdem das Medikament in den menschlichen Körper gelangt ist, wirkt es sich nicht nur auf das Zielorgan aus, sondern breitet sich auch im ganzen Körper aus und wirkt sich auf den gesamten Körper aus. Dieser Mangel an Präzision kann zu zwei großen Risiken führen: Das Medikament erreicht seinen Zielort möglicherweise nicht effektiv, wodurch seine beabsichtigte Wirksamkeit beeinträchtigt wird, oder es kann schwerwiegende Nebenwirkungen verursachen. Allein in der Schweiz erleiden jedes Jahr Tausende Menschen schwerwiegende Nebenwirkungen im Zusammenhang mit Medikamenten.
Die Idee ist einfach: Das Medikament gezielt an einer vorher festgelegten Stelle aktivieren. Die Umsetzung dieser Idee in die Realität ist jedoch komplex. Im Erfolgsfall könnte dieser Ansatz es Wissenschaftlern ermöglichen, Proteine in bestimmten Körperregionen zu aktivieren oder zu deaktivieren, um deren Funktion besser zu verstehen und gezielte Behandlungen zu verbessern.
„Alles begann mit diesem methodischen Problem“, erinnert sich Monika Gota, Professorin in der Abteilung für Zellphysiologie und Stoffwechsel an der medizinischen Fakultät der UNU School of Education, die die Studie gemeinsam mit Nikolai Winsinger, Professor in der Abteilung für organische Chemie an der naturwissenschaftlichen Fakultät der UNU School of Education, initiierte und koordinierte. „Wir suchten nach einer Möglichkeit, Plk1, ein an der Zellteilung beteiligtes Protein, zu hemmen, wann und wo wir seine Funktion während der Entwicklung des Organismus besser verstehen wollten.“
„Durch die Kombination von Fachkenntnissen in Chemie und Biologie haben die Wissenschaftler das Plk1-Inhibitormolekül so konstruiert, dass es durch Lichtimpulse aktiviert werden kann. Durch einen komplexen Prozess blockierten wir das aktive Zentrum des Inhibitors mit einem Cumarin-Derivat, einer Verbindung, die natürlicherweise in bestimmten Pflanzen vorkommt.“ sagte Erstautorin Victoria von Glasenapp, Postdoktorandin in den Labors von Professor Gota am Department of Medicine und Professor Wenzinger an der School of Science.
„Die Herausforderung für uns blieb, einen Weg zu finden, den Hemmstoff genau an der Stelle im Körper zu verankern, an der er wirken muss“, erklärt Nicholas-Winsinger. „Daher haben wir den Inhibitor so modifiziert, dass er in der Zielzelle eingeschlossen wird, indem wir einen molekularen Anker hinzugefügt haben, der nur unter Licht freigesetzt wird.“ Dies ermöglichte es uns, den Inhibitor mit demselben Lichtimpuls zu aktivieren und zu verankern, wodurch Plk1 inaktiviert und die Zellteilung genau an der gewünschten Stelle gestoppt wurde. "
Das von Wissenschaftlern entwickelte System kann Licht nutzen, um die Aktivität von Molekülen in Organismen räumlich und zeitlich zu steuern. Es kann auf eine Vielzahl von Molekülen angewendet werden und aktiviert den Wirkstoff nur dort, wo er benötigt wird. So könnte in Zukunft ein einfacher Laser die Behandlung genau dort aktivieren, wo sie benötigt wird, während gleichzeitig umliegendes gesundes Gewebe geschont und so unerwünschte Nebenwirkungen begrenzt werden. „Wir hoffen, dass unsere Werkzeuge weit verbreitet sein werden und ein besseres Verständnis der Funktionsweise von Organismen und langfristig die Entwicklung ortsspezifischer Behandlungen ermöglichen werden“, schließt Monica Gotta.
Zusammengestellt von /ScitechDaily