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Labusov und Mitarbeiter haben ein Graphitrohr-Kontinuumstrahler(CS)-AAS mit einem Pasche-Runge-Polychromator entwickelt – das System deckt alle Wellenlängen von 190 bis 780 nm. Dieses ermöglicht eine simultane, quantitative Multielementanalyse über vier Größenordnungen des elementabhängigen Konzentrationsbereichs. AAS-Systeme sind in Anschaffung und Unterhalt kostengünstiger als ICP-OES-Systeme – das neue System könnte somit eine Alternative werden. BM<ul id="nadc20194087596-bibl-0001" content-type="uncited-references"><li id="nadc20194087596-bib-0001">
<label>1</label><mixed-citation publication-type="miscellaneous" id="nadc20194087596-cit-0001">J. Anal. At. Spectrom. 2019, doi: <ext-link ext-link-type="doi" xlink:href="10.1039/c8ja00432c">10.1039/c8ja00432c</ext-link></mixed-citation></li></ul>

Meldung

Multielement-AAS

Labusov und Mitarbeiter haben ein Graphitrohr-Kontinuumstrahler(CS)-AAS mit einem Pasche-Runge-Polychromator entwickelt – das System deckt alle Wellenlängen von 190 bis 780 nm. Dieses ermöglicht eine simultane, quantitative Multielementanalyse über vier Größenordnungen des elementabhängigen Konze...

Schon jetzt therapieren Ärzte photodynamisch. Dabei aktiviert Licht im Körper einen Wirkstoff, der Singulett-Sauerstoff erzeugen kann. Eine neue Variante der Lichttherapie, die photoaktivierte Chemotherapie, soll in Zukunft lichtempfindliche metallorganische Komplexe nutzen und Wirkmechanismen erschließen, die ohne Sauerstoff funktionieren.
Die bisher verfügbaren Methoden der photodynamischen Therapie konzentrieren sich auf Gewebe, die dem Licht besonders zugänglich sind und schonend behandelt werden müssen. Bei der altersbedingten Makuladegeneration etwa dient die photodynamische Therapie routinemäßig dazu, die neu gebildeten Blutgefäße zu veröden. Anwendungen gibt es auch für Krebserkrankungen wie Haut- und Speiseröhrenkrebs.Die photodynamische Therapie nutzt meist Porphyrinderivate als Photosensibilisatoren. Deren angeregter Zustand überführt Sauerstoffmoleküle durch Energieaustausch in den hochreaktiven Singulettzustand. Dieses Zellgift tötet etwa Tumorzellen.<h2>Von photodynamischer Therapie zu photoaktivierter Chemotherapie</h2>Um das Prinzip der Lichtaktivierung auf mehr Anwendungen auszuweiten, zum Beispiel auch ohne Sauerstoff, haben sich Forscher wie Sylvestre Bonnet von der Universität Leiden in den Niederlanden auf die Suche nach bestimmten lichtaktivierbaren Komplexen gemacht. Diese sollen direkt durch ihre Aufspaltung einen cytotoxischen oder in anderer Weise nützlichen Wirkstoff freisetzen.1)Angeregt haben diese Forschung gängige Medikamente der Chemotherapie wie Cisplatin. Werden diese Zellgifte im Körper verbreitet, haben sie erhebliche Nebenwirkungen. Diese ließen sich vermeiden, würden die Zellgifte in gebundener, weniger giftiger Form verabreicht und dann nur im Tumor selbst durch Licht aktiviert.Die Idee der gefesselten Wirkstoffe gibt es schon seit Ende der 1970er Jahre, doch damals war zur Entfesslung ultraviolettes Licht notwendig. Dieses wird von Biomolekülen stark absorbiert, dringt also nicht tief in Gewebe ein. Es kann sogar selbst Krebs auslösen, wie wir vom Hautkrebs wissen. Für medizinische Anwendungen ist deshalb die Aktivierung im sichtbaren, bevorzugt im roten oder sogar infraroten Bereich erforderlich.Inzwischen stellen anorganische und metallorganische Chemie eine Vielfalt von Komplexen bereit, die durch sichtbares Licht Liganden abspalten. Dabei kann der Ligand oder das Metallzentrum als aktivierter Wirkstoff dienen – in manchen Fällen treten sogar beide in Aktion.Eine Gruppe von Wirkstoffen für die photoaktivierte Chemotherapie (PACT) beruht auf den cytotoxischen Eigenschaften von Platin(II)- und Cobalt(II)-Verbindungen. Im reduzierenden Umfeld der Zelle entstehen diese durch lichtinduzierte Reduktion von Platin(IV)- beziehungsweise Cobalt(III)-Komplexen.Ganz ohne Redoxchemie kommt eine Gruppe von Wirkstoffen aus, bei denen lediglich ein organischer Ligand gegen ein Wassermolekül ausgetauscht ist. Hierfür kommen etwa Ruthenium-, Iridium-, Rhodium- und Rheniumkomplexe infrage.Als sie die cytotoxische Wirkung von drei solchen lichtaktivierten Rutheniumkomplexen untersuchte, fand Bonnets Arbeitsgruppe, dass nur in einem Fall der in der Zelle entstandene Ruthenium-Aqua-Komplex als Zellgift wirkt.2) Im zweiten Fall war der abgespaltene organische Ligand giftig, und bei der dritten Verbindung waren beide Reaktionsprodukte ungiftig.Zu den derzeit untersuchten Anwendungen der Lichtaktivierung zählen auch solche Reaktionen, bei denen die Lichtabsorption durch das Metallzentrum dazu führt, dass eine kovalente Bindung in den Liganden bricht. Zudem besteht die Möglichkeit, anorganische Liganden freizusetzen. Von Interesse wäre vor allem Stickstoffmonoxid NO, das als Signalstoff im Körper die Adern erweitert; aber auch geringe Mengen Kohlenmonoxid CO können medizinisch nützlich sein, wenn sie zielgenau eingesetzt werden.<h2>Klinische Anwendungen</h2>Nach Bonnets Meinung sollte sich die weitere Forschung in diesem Gebiet am konkreten medizinischen Bedarf orientieren. Statt sich neue Reaktionen auszudenken und dann für diese eine medizinische Anwendung zu suchen, will Bonnet mit seinem Team gezielt die Probleme angehen, die mit der verfügbaren photodynamischen Therapie (PDT) und anderen Methoden nur unzureichend behandelbar sind.Zu diesen Lücken gehört auch die Behandlung von Tumoren, in denen Sauerstoffknappheit (Hypoxie) herrscht. Diese Tumoren sind nicht mit PDT behandelbar, da diese Sauerstoff benötigt. Auch die Strahlenbehandlung funktioniert weniger gut ohne Sauerstoff, und die allgemeine Stressantwort der sauerstoffarmen Krebszellen verschlechtert die Prognose.Bei PACT-Verfahren ist Sauerstoff prinzipiell nicht erforderlich. Wie Bonnets Arbeitsgruppe vor zwei Jahren gezeigt hat, ist ein in einem Rutheniumkomplex gefesselter Enzyminhibitor nach seiner Freisetzung durch rotes Licht auch in sauerstoffarmen Krebszellen cytotoxisch, und zwar ebensosehr wie unter normalen Bedingungen.3)In dieser Arbeit richtete sich der aktive Wirkstoff gezielt gegen das Enzym Nicotinamid-Phosphoribosyltransferase (NAMPT), das Krebszellen oft verstärkt herstellen.Den Schritt von der Zellkultur im Reagenzglas zum erfolgreichen Tierversuch bewältigten die Arbeitsgruppen von Volker Mailänder und Si Wu am Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz zusammen mit Bonnet und anderen: Sie demonstrierten die Lichtaktivierung eines Rutheniumwirkstoffs in hypoxischen Tumoren in Mäusen.4)In diesem Fall kamen gleich zwei Wirkstoffe zum Einsatz, da sich sowohl der entfesselte Rutheniumkomplex als auch der bei der Lichtreaktion abgespaltene Ligand in Zellkulturen als wirksame Zellgifte erwiesen hatten. Den inaktiven Vorläufer hatten die Forscher in dieser Untersuchung in Form von Polymermizellen verabreicht.<h2>Ein angenehmerer Zelltod</h2>Ein weiterer Unterschied zwischen PACT und der bisher verfügbaren PDT liegt in der Art und Weise, wie die Zellen getötet werden. Die reaktiven Sauerstoffspezies, die bei der PDT wirken, führen zur Nekrose, dem Zelltod durch Belastung von außen. Wenn ganze Gewebe oder etwa ein Tumor durch Nekrose absterben, kommt es zur Auflösung von Membranen und Entleerung der Zellflüssigkeit, was eine starke Immunantwort auslösen kann. Dies kann unter Umständen helfen, einem Rückfall vorzubeugen, aber auch starke Schmerzen verursachen.Bei PACT mit cytotoxischen Rutheniumkomplexen hingegen sterben die Zellen einen sanfteren Tod.5) Bonnets Arbeitsgruppe testete Tetrapyridylrutheniumkomplexe, deren zwei trans angeordnete freie Bindungsstellen an Biomoleküle binden und damit die toxische Wirkung auslösen. In der ungiftigen Vorläufersubstanz sind diese Stellen mit Liganden geschützt, die durch Bestrahlung mit grünem Licht abspalten. Bei Anwendung dieser Methode auf menschliche Krebszellkulturen bewirken die aktivierten Rutheniumkomplexe die Apoptose, also die programmierte Selbstzerstörung der Zelle.Zu den Hindernissen, die dem Erfolg der neuen Methode im Weg stehen könnten, zählt die skeptische Grundhaltung der Ärzteschaft gegenüber neuartigen Behandlungsformen. Bonnet müsse bei Vorträgen vor Medizinern gelegentlich seinen Finger mit dem Laserpointer durchleuchten – erst dies überzeuge die Skeptiker davon, dass Licht tatsächlich mehr als nur einige Millimeter Gewebe durchdringt.Der promovierte Chemiker Michael Groß ist freier Wissenschaftsjournalist in Oxford, England. <a href="https://www.michaelgross.co.uk" target="_blank">www.michaelgross.co.uk</a><h2>Quergelesen</h2>Lichtaktivierbare Komplexe entfalten ihre Wirkung nur an den Stellen, die bestrahlt werden. Das vermeidet unerwünschte Nebenwirkungen.Als Wirkstoff dienen Metallzentrum, Ligand oder beides.Derzeit interessieren sich Forscher unter anderem für solche Reaktionen, bei denen anorganische Liganden frei werden, etwa NO oder CO.<figure><img src="https://media.graphcms.com/r3SIh76Sqa7NTR57Tv1b"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Ein photoaktivierbarer Komplex der Arbeitsgruppe Bonnet. Lila: Ruthenium, grün: Schwefel, türkis: Kohlenstoff, grau: Wasserstoff, rot: Sauerstoff, dunkelblau: Stickstoff. Quelle: Arbeitsgruppe Sylvestre Bonnet</figcaption></figure>
<figure><img src="https://media.graphcms.com/3vpJy1prR7Cj88AOChnR"><figcaption><label>Abb. 2: </label>Typischer Versuchsaufbau, um nachzuweisen, dass ein Komplex photoaktivierbar ist. Ein Wasserfilter (Zylinder) trennt UV- und IR-Licht der Xenonlampe (links) ab. Dadurch erreicht nur weißes Licht den Komplex im Kolben (rechts) – dies gewährleistet, dass ausschließlich Licht die Reaktion auslöst und nicht Hitze. Foto: Sylvestre Bonnet</figcaption></figure>

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1 S. Bonnet, Dalton Trans. 2018, 47, 10330</li><li>
2 J.-A. Cuello-Garibo, M. S. Meijer, S. Bonnet, Chem. Commun. 2017, 53, 6768</li><li>
3 L. N. Lameijer, D. Ernst, S. L. Hopkins et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 11549</li><li>
4 W. Sun, Y. Wen, R. Thiramanas et al., Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1804227</li><li>
5 V. H. S. van Rixel, B. Siewert, S. L. Hopkins et al., Chem. Sci. 2016, 7, 4922</li></ul>

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