Titel: Synthese fluoreszenzmarkierter TriPPPro-Verbindungen für Zellaufnahmestudien und Synthese antitumoraler TriPPPro-Prodrugs
Sonstige Titel: Synthesis of fluorescence-labelled TriPPPro-compounds for cell uptake studies and synthesis of antitumoral TriPPPro-Prodrugs
Sprache: Deutsch
Autor*in: Witt, Julian
Erscheinungsdatum: 2022
Tag der mündlichen Prüfung: 2023-03-03
Zusammenfassung: 
Krebserkrankungen sind weltweit mit knapp zehn Millionen Toten im Jahre 2020 die zweithäufigste Todesursache. Zusätzlich ist davon auszugehen, dass in den nächsten Jahren die Anzahl der Erkrankungen stark steigen wird. Für die chemotherapeutische Behandlung werden derzeit häufig Nucleosidanaloga verwendet. Diese Wirkstoffklasse agiert als Antimetabolit, sodass das Zellwachstum von Krebszellen gehemmt wird. Die Grenzen für diese Verbindungsklasse liegen vor allem in der schlechten Membrangängigkeit und Penetration des Tumorgewebes, sowie die stufenweise, intrazelluläre Phosphorylierung mittels Kinasen zum aktiven Nucleosid-5’-triphosphat. Dadurch ist meist nur eine geringe Konzentration des aktiven Metaboliten innerhalb der Zellen vorhanden. Zusätzlich sind sowohl für den Transport durch die Membran als auch für die enzymatische Aktivierung der antitumoralen Nucleosidanaloga zahlreiche Resistenzmechanismen bekannt. Eine direkte Verabreichung von Nucleosid-5’-triphosphaten ist hingegen nicht möglich, da bedingt durch die negativen Ladungen der Phosphatgruppen und der damit verbundenen hohen Hydrophilie kein passiver Transport durch Zellmembranen möglich ist.
Das von C. MEIER publizierte TriPPPro-Konzept stellt ein neues Prodrugsystem dar, durch das die Nucleosid-5’-triphosphate direkt in den Zellen bereitgestellt werden können. Hierzu werden die biologisch aktiven Triphosphate der Nucleoside lipophil an der γ-Phosphatgruppe mit zwei Acyloxybenzylgruppen maskiert, um einen passiven Transport durch die Zellmembran zu ermöglichen. Intrazellulär werden die Prodrugs enzymatisch gespalten, wodurch das biologisch aktive Nucleotid freigesetzt wird. Dieses Konzept wurde bisher erfolgreich auf zahlreiche antivirale Nucleosidanaloga angewandt.
In dieser Arbeit sollte das TriPPPro-Konzept auf die antitumorale Chemotherapie erweitert werden. Hierzu wurden zunächst bicyclische Nucleosidanaloga (BCNAs) als TriPPPro-Verbindungen dargestellt. Diese Nucleosidanaloga weisen fluoreszierende Eigenschaften auf. Aus diesem Grund ist ein Nachweis dieser Verbindungen auch in sehr geringen Konzentrationen im Zelllysat möglich. Für die Synthese wurde ein bereits in eigenen vorangegangenen Arbeiten etabliertes Protokoll verwendet, welches auf den Arbeiten von PERTENBREITER und REIMER für die BCNAs, sowie auf der H-Phosphonatroute für die TriPPPro-Synthese von GOLLNEST beruht. Mit diesen BCNA-Verbindungen mit unterschiedlich lipophilen Maskierungseinheiten wurden Zellaufnahmestudien an zahlreichen Krebszelllinien durchgeführt. Durch diese Studien konnte gezeigt werden, dass alle dargestellten TriPPPro-Verbindungen erfolgreich in die unterschiedlichen Krebszellen gelangten und dort enzymatisch das BCNA-5’-triphosphat freigesetzt wurde. Zusätzlich konnte durch Analyse der Menge der aufgenommenen Prodrugs erstmals direkt die optimierte Maskierungseinheit bezüglich der Zellaufnahme bedingt durch die lipophilen Eigenschaften ermittelt werden.
Aufgrund dieser Ergebnisse wurde eine Serie von TriPPPro-Verbindungen des antitumoralen Wirkstoffs 5-FU mit unterschiedlich lipophilen Maskierungseinheiten über die H-Phosphonatroute dargestellt. Hierbei wurde eine effiziente Syntheseroute für das FdU-5’-Monophosphat über die Amiditchemie etabliert. Diese TriPPPro-Verbindungen wurden auf ihre chemische sowie enzymatische Stabilität in Krebszellextrakten untersucht. Hierbei konnte gezeigt werden, dass intrazellulär durch enzymatische Katalyse die Maskierungseinheiten abgespalten werden, worauf das aktive FdU-5’-triphosphat freigesetzt wird, welches ebenfalls schnell weiter zum FdU-5’-monophosphat metabolisiert wird. Anschließend wurden die Prodrugs durch Bestimmung der Lipophilie mit den Leitstrukturen der BCNA-TriPPPro-Verbindungen verglichen, sowie Proliferationsassays an unterschiedlichen Krebszelllinien durchgeführt. Bei diesen Untersuchungen konnte festgestellt werden, dass alle getesteten Verbindungen proliferationshemmende Eigenschaften an allen getesteten Krebszelllinien zeigten. Zwei der FdU-TriPPPro-Verbindungen erwiesen sich als besonders aktiv, da sie teilweise eine 100-fach höhere Aktivität als das 5-FU selbst aufwiesen. Zusätzlich waren diese Prodrugs in der Lage, die Proliferation von bisher durch Chemotherapie kaum behandelbare triple-negative Mammakarzinome deutlich zu hemmen. Ebenso erfreulich war die Tatsache, dass das aktivste Prodrug die Verbindung mit der Lipophilie war, welches durch die Lipophilievergleiche mit den BCNA-TriPPPro-Verbindungen als potenziell aktivste Substanz ermittelt wurde. Durch diese Ergebnisse konnte das Modell der Lipophilie als entscheidender Faktor für die Zellaufnahme von TriPPPro-Verbindungen und der damit verbundene Einfluss auf die Aktivität an Krebszellen erstmals bestätigt werden.
Daraufhin wurden von weiteren chemotherapeutisch relevanten Nucleosidanaloga TriPPPro-Verbindungen dargestellt. Hier wurde jedoch keine gesamte Serie an unterschiedlich lipophilen Maskierungseinheiten dargestellt, es wurden hingegen lediglich die Verbindungen synthetisiert, die nach dem Lipophiliemodell die aktivsten Prodrugs sein sollten. Für diese Prodrugs wurden zunächst neue Synthesen für die effiziente Darstellung der Nucleosid-5’-monophosphate etabliert sowie im Fall des Fludarabins ebenso eine neue und effektive Syntheseroute für das Nucleosidanalogon entwickelt. Die Synthese der TriPPPro-Verbindungen erfolgte erneut über die von MEIER und GOLLNEST etablierte H-Phosphonatroute. Für all diese Prodrugs wurden sowohl die chemische als auch enzymatische Stabilität in Krebszellextrakt untersucht. Hierbei wurde festgestellt, dass für alle dargestellten Prodrugs intrazellulär eine enzymatisch katalysierte Spaltung der Maskierungseinheiten sowie eine Freisetzung des biologisch aktiven Nucleosid-5’-triphosphats erfolgte. Zusätzlich konnten durch erneute Untersuchungen der lipophilen Eigenschaften die potenziell aktivsten Substanzen ermittelt werden. Für die FU-TriPPPro-Verbindungen wurden ebenso Proliferationsstudien durchgeführt. Dabei konnte gezeigt werden, dass erneut alle dargestellten Prodrugs hohe proliferationshemmende Eigenschaften gegenüber HT29-Krebszellen (Kolorektales Karzinom) aufweisen, die teilweise bis zu 100-fach höher als für das 5-FU liegen.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde das TriPPPro-Konzept, welches bereits auf antivirale Nucleosidanaloga angewendet wurde, erstmals erfolgreich auf zahlreiche antitumoral aktive Nucleoside angewendet, da die biologische Aktivität der Verbindungen deutlich gesteigert werden konnte. Zusätzlich wurde erstmals die intrazelluläre Freisetzung der Metabolite in Krebszellen bestätigt sowie ein systematischer Zusammenhang zwischen Zellaufnahme und lipophilen Eigenschaften der TriPPPro-Verbindungen hergestellt. Durch diesen Zusammenhang ist die gezielte Darstellung von weiteren potenziell antitumoral aktiven TriPPPro-Verbindungen möglich.
URL: https://ediss.sub.uni-hamburg.de/handle/ediss/10162
URN: urn:nbn:de:gbv:18-ediss-107949
Dokumenttyp: Dissertation
Betreuer*in: Meier, Chris
Enthalten in den Sammlungen:Elektronische Dissertationen und Habilitationen

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