Was hat ein Vampir mit photokontrollierbaren Krebsmedikamenten gemeinsam? Licht und Dunkelheit entscheiden über ihre Gestalt. Während der tagsüber harmlose Vampir bei Anbruch der Dunkelheit zur Gefahr wird – zumindest in zweitklassigen Horrorfilmen – verwandelt sich ein kleines harmloses Molekül, das zur Krebstherapie benutzt wird, erst bei Einfall von Lichtstrahlen in seine (für Zellen) gefährliche Form. In diesem Modus kann das Molekül nun Krebszellen umbringen – und so den Tumor bekämpfen.
Foto: Auge mit Lichtreflexion. Credits: Unsplash/Brands&People
Mit Licht Krebs heilen? Igor Komarov leitet den Lehrstuhl Supramolekulare Chemie an der Nationalen Taras-Schewtschenko-Universität Kiew. Der Professor forscht zusammen mit Wissenschaftler*innen am Karlsruher Institut für Technologie zu genau dieser Frage. Kamerov erklärt das Konzept: Um Tumorzellen zu zerstören, braucht es sehr toxische Substanzen, die den Zelltod der kranken Zellen einleiten. Das können bestimmte Moleküle, sogenannte Peptide, sein. Diese können zum Beispiel Stoffwechselprozesse in unserem Körper beschleunigen. So auch den Tod bestimmter Zellen. Die Peptide greifen Zellen an, zerstören ihre Zellwand und zersetzen sie, wodurch diese Zellen unschädlich gemacht werden.
Damit die Peptide nicht willkürlich gesundes Gewebe schädigen, haben die Forschenden nun Peptide synthetisiert, die erst im Tumor angeschaltet werden können. Und zwar über Licht – wie ein Lichtschalter, der umgelegt wird. Das liegt daran, dass die Peptide in zwei Formen vorliegen können: Eingeschaltet und ausgeschaltet. In der einen ist das Peptid inaktiv und ungefährlich, in der anderen aktiv. Durch Bestrahlung mit Licht kann das Peptid seine Form und damit auch die Aktivität ändern.
Ein halber Tag in Dunkelheit
Bei der Therapie wird der kranken Person das Peptid, das die Tumorzellen zerstören soll, zuerst in seiner inaktiven Form gespritzt. Ein bis vier Stunden dauert es dann, bis es sich in den Geweben anreichert, erklärt Komarov. Damit es genau das Tumorgewebe erreicht, wird das Peptid an Antikörper gebunden. Diese kleinen Moleküle verfügen auf ihrer Oberfläche über eine Art Schlüssel, mit dem sie exakt an das Schlüsselloch der Tumorzelle binden und so den Tumor erkennen. Sie transportieren die gebundenen Peptide so zum Zielort. Dann wird die Stelle, an der sich der Tumor befindet, mit Licht bestrahlt. Dadurch werden die Peptide an dieser Stelle aktiviert und greifen die Krebszellen an. Sergii Afonin arbeitet am Karlsruher Institut für Technologie und war neben Komarov Teil des EU-geförderten Projekts PELICO. Von 2016 bis 2019 forschten gemeinsam Institutionen aus der Ukraine, Deutschland, Lettland und Großbritannien an diesem Therapieansatz. Er ergänzt, dass die Beleuchtung mittels Laserpointer so präzise wie möglich gemacht werden kann. Dies zeigte sich bei der Bestrahlung von Mäusen, an denen die Methode bisher getestet wird. „Es muss nicht die ganze Maus beleuchtet werden, sondern nur die Stelle, an der sich der Tumor befindet“, so Afonin. Damit nach der Bestrahlung nicht noch versehentlich Peptide im Körper durch die Sonneneinstrahlung aktiviert werden, müssen die Patient*innen noch einige Stunden in einem abgedunkelten Raum bleiben. Nach dieser Zeit hat der Körper die Peptide abgebaut.
Krebs vollständig heilen?
Bisher konnten die Wissenschaftler*innen diese Behandlung noch nicht an Menschen testen. Aber die Experimente an Mäusen zeigten, dass diese photokontrollierbaren Peptide tatsächlich die Größe eines Tumors reduzieren können, erklärt Afonin. Der Erfolg der Therapie hänge zwar immer noch von Art und Ort des Tumors ab, aber grundsätzlich sei das Konzept bei allen Typen anwendbar. „Wir verstehen, dass Krebs sehr vielfältig ist. Aber der Wirkmechanismus unserer Peptide ist unspezifisch, es können sämtliche Krebszellen zerstört werden“, fügt Komarov hinzu.
Eine Behandlung von Krebs mit lichtaktiverbaren Substanzen gibt es bereits. Sie wird photodynamische Therapie genannt und kommt zum Beispiel bei Hautkrebs zum Einsatz. Diese Therapie kann jedoch nur bei Tumoren, die wenige Millimeter tief liegen, angewandt werden. Dabei wird ein lichtempfindlicher Stoff auf die Haut aufgetragen, reichert sich im Tumorgewebe an und wird dann durch Licht aktiviert. So können ebenfalls Krebszellen zerstört werden, allerdings nur solche, die direkt unter der Haut liegen.
Bei photodynamischen Peptiden hingegen werden diese gespritzt und dann an beliebigen Orten im Körper aktiviert. Dafür muss das Licht in einem Wellenbereich liegen, der möglichst tief ins Gewebe eindringt, erklärt Henry Dube, Professor für Chemie und Pharmazie an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg. Er kennt beide Ansätze der Photopharmakologie und kann sich die therapeutische Anwendung in der Zukunft gut vorstellen. Vor allem, da die behandelnden Ärzt*innen auf bereits vorhandene Medikamente und Technologien aus der photodynamischen Therapie zurückgreifen können. Ob damit Heilung möglich sei? Laut Komarov womöglich sogar vollständig. „Grundsätzlich ist eine Heilung für mich durchaus vorstellbar“, sagt auch Dube. Man müsse aber je nach Krebs und Metastasierung unterscheiden. „Meiner Meinung nach ist das eine Multikomponenten-Geschichte, wenn man wirklich erfolgreiche Krebstherapie machen will.“ Dazu gehört zum Beispiel effiziente Früherkennung. Auch Komarov kommt auf das Problem der Metastasen zu sprechen. Da diese oft nicht lokal verortbar sind, sondern im Körper streuen, können sie kaum durch zielgerichtete Lichteinstrahlung zerstört werden. Seine Hoffnung ist eine andere: Hilfe vom Immunsystem. Er setzt darauf, dass durch die Zerstörung der bestrahlten Tumorzellen das Immunsystem aktiviert wird und auf diese Zellen geschärft werden kann – um so selbst gegen Krebszellen und Metastasen aktiv zu werden.
„Ein Werkzeug zur Regulierung des Lebens“
Wie lange wird es also noch bis zur Zulassung dieser Therapie dauern? „Vor allem wenn es um Krebs geht, werden gerade einmal zehn Prozent der Medikamente, die klinische Studien erreichen, tatsächlich zugelassen“, so Komarov. Einer der Gründe: Die Schädlichkeit muss genau untersucht werden. Es müsse ausgeschlossen werden, dass die injizierten Peptide sich nicht doch in anderen Geweben anreichern oder die Fruchtbarkeit gefährden. Dube schließt sich dem an: Es müsse zuerst sichergestellt werden, dass die Aktivität lokal gehalten wird. Und er nennt weitere Nachteile: Nicht jedes Licht kann bedenkenlos genutzt werden. Licht bestimmter Wellenlängen, zum Beispiel UV-Licht, kann selbst eine zellschädigende Wirkung haben. Das zeigt sich beim Sonnenbrand. Die UV-Strahlen der Sonne schädigen die oberen Hautzellen. Um eine Tumorentstehung zu vermeiden, werden die Hautzellen aussortiert und sterben ab. Die Haut pellt sich.
Deswegen meint Dube, müsse man weiter zu grünem oder rotem Licht als Alternative forschen. Auch zu bedenken: Das Forschungsfeld ist erst etwa 15 Jahre alt. Dafür sei die Entwicklung bereits fortgeschritten. Afonin fasst es wie folgt zusammen: „In gewisser Weise ist es ein Werkzeug zur Regulierung des Lebens – zumindest auf Zellebene.“ Das Potential der Photopharmakologie scheint auf den ersten Blick zumindest groß. Ob es wirklich als Therapie beim Menschen eingesetzt werden kann, bleibt abzuwarten.
