Cucurbiturile als Transporter für Steroid-Wirkstoffe

Forscher entdecken vielversprechende molekulare Transporter für Steroid-Medikamente.




Abbildung: Die Moleküle der Klasse Cucurbiturile nehmen die Form eines ausgehöhlten Kürbis an und bieten so Transportplatz für Wirkstoffe. [Bildquelle, Copyright: Jacobs University / Khaleel Assaf]
Cucurbiturile

Den Begriff Steroide verbinden viele Menschen mit Doping. Kaum bekannt ist, dass Steroide als Wirkstoffe zur Behandlung einer großen Palette an Krankheiten wie Asthma, Neurodermitis, Multiple Sklerose oder Morbus Crohn eingesetzt werden.

Forscher am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und an der Jacobs University Bremen berichten über eine neue Möglichkeit, wie diese Steroide ihre Wirkung im menschlichen Körper schonender und effizienter entfalten können.

Diese Wirkstoffe lassen sich in Wasser nur schwer lösen und benötigen daher entsprechende Hilfsstoffe, damit sie als Medikament an den Wirkungsort gelangen können. Diese Hilfs-Moleküle fungieren als Wirkstofftransporter (synthetische Wirte) indem sie den Wirkstoff durch ihren Hohlraum umschließen, um dann samt Inhalt von den Körperflüssigkeiten gelöst und an den gewüschten Wirkungsort verbracht zu werden. Für Steroiden wurden bislang vor allem Cyclodextrine, ringförmige Glucose-Moleküle, eingesetzt. Nachteil: Sie beschleunigen die Auflösung so stark, dass manche Menschen die Einnahme von Steroiden schlecht vertragen. Mit den Cucurbiturilen haben die Wissenschaftler aus Karlsruhe und Bremen nun ein vielversprechendes Transportmolekül identifiziert, mit dem sich solche unerwünschten Nebenwirkungen reduzieren lassen.

"Wir haben festgestellt, dass die Wirtsklasse der Cucurbiturile eine höhere Affinität zu den für den medizinischen Einsatz entscheidenden Steroiden hat als die der Cyclodextrine", erklärt Dr. Frank Biedermann, Wissenschaftler am Institut für organische Chemie des KIT. Cyclodextrine sind relativ große Moleküle, die durch ihre flexible Form einerseits anpassungsfähig sind, andererseits aber auch leichter kollabieren. Um die notwendige Wasserlöslichkeit zu erzeugen, braucht man daher eine höhere Dosis des Wirkstoffes und des Begleitmittels. Dies erhöht die unerwünschten Nebenwirkungen des entsprechenden Medikamentes. Zudem verbinden Cyclodextrine sich bevorzugt mit dünneren Molekülketten wie den als Wirkstoff nicht relevanten Cholesterinen.

Anhand von Versuchen mit den Hormonen Testosteron und Estradiol, dem Entzündungshemmer Cortisol und den Muskelrelaktantien Pancuronium und Vercuronium haben die Experten nachgewiesen, dass steroid-haltige Cucurbiturile wesentlich stabiler sind und die Wasserlöslichkeit ihres Gastmoleküls stärker erhöhen. Außerdem können sie als Wirkstoffdepot fungieren, weil sie auch in Blutserum und Magensäure stabil bleiben und Steroide langsamer im Körper freisetzen. Die neue Wirtsgruppe ist biokompatibel und kann in geringerer Dosierung und selektiver eingesetzt werden. In der Folge könnten Medikamenten auf Steroidbasis besser wirken, ihre Nebenwirkungen könnten zurückgehen und die Herstellungskosten sinken.

"Mit Hilfe von Cucurbiturilen könnten in Zukunft neue und effizientere Darreichungsformen von Steroid-Wirkstoffen entwickelt werden", ist Prof. Dr. Werner Nau, Experte für supramolekulare Chemie an der Jacobs University in Bremen, überzeugt. Doch nicht nur die Pharmakologie profitiert nach Einschätzung der beiden Wissenschaftler von den neuen Wirkstofftransportern, sondern auch die biologische Grundlagenforschung. Denn Cucurbiturile ermöglichen es in Verbindung mit einem Indikator-Farbstoff auch, die Interaktion zwischen Steroiden und Enzymen auf ihrem Weg durch den Körper in Echtzeit zu beobachten.

Diese vielfältigen Einsatzmöglichkeiten der Moleküle näher zu erkunden ist Ziel von Folgeprojekten am KIT und an der Jacobs University, die von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert werden. "Je genauer wir den Weg und die Wirkweise der Steroide verstehen, desto gezielter können wir sie auch dort entfernen, wo sie nicht mehr benötigt werden", erklärt Nau. In einer Folgestudie erforscht zum Beispiel die Doktorandin Alexandra Irina Lazar, wie Steroide nach Verlassen des Körpers in der Umwelt wieder abgebaut werden können.

 

Über die Jacobs University

Die Jacobs University ist eine private, unabhängige, englischsprachige Universität in Bremen. Hier studieren junge Menschen aus der ganzen Welt in Vorbereitungs-, Bachelor-, Master- und PhD-Programmen. Internationalität und Transdisziplinarität sind die besonderen Kennzeichen der Jacobs University: Forschung und Lehre folgen nicht einem einzigen Lösungsweg, sie gehen Fragestellungen aus der Perspektive verschiedener Disziplinen an. Dieses Prinzip macht Jacobs Absolventen zu begehrten Nachwuchskräften, die erfolgreich internationale Karrierewege einschlagen.


Zusatzinformationen:

Alexandra I. Lazar, Frank Biedermann, Kamila R. Mustafina, Khaleel I. Assaf, Andreas Hennig, Werner M. Nau:
Nanomolar Binding of Steroids to Cucurbit[n]urils: Selectivity and Applications.
In: Journal of the American Chemical Society; online erschienen am 22. September 2016, DOI 10.1021/jacs.6b07655

Quelle: Jacobs University gGmbH, Bremen

 


Aktualisiert am 08.11.2016.







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