Neuartige Nitroimidazol-Derivate als mögliche hypoxische Radiosensitizer in der Radiotherapie solider Tumoren

Abstract

Tumorhypoxie stellt sowohl in chronischer als auch in intermittierend auftretender akuter Form ein erhebliches Problem in der Behandlung maligner Gewebe durch Strahlentherapie dar, da vor allem der für eine wirksame Bestrahlung wichtige radiosensibilisierende Effekt von Sauerstoff nicht zum Tragen kommt. Eine Strategie, diesem Umstand entgegenzuwirken, ist die Entwicklung von Substanzen wie Nitroimidazole, welche in hypoxischem Tumorgewebe akkumulieren und als Sauerstoff-Mimetika, zusätzlich aber auch als Zytotoxine wirken können. Bis auf wenige Ausnahmen erfüllen bisher erprobte Substanzen dieser Gruppe nicht die Anforderungen an ein für den klinischen Routineeinsatz geeignetes Radiochemotherapeutikum. Dies ist vor allem einem dosislimitierenden neurotoxischen Nebenwirkungsprofil bzw. dem fehlenden Nachweis einer ausreichenden klinischen Wirksamkeit geschuldet. Daher sollten in der vorliegenden Arbeit, neuartige, bifunktionelle Nitroimidazol-Derivate hinsichtlich ihrer hypoxisch-zytotoxischen und hypoxisch-radiosensibilisierenden Eigenschaften in einer hypoxiesensitiven Lymphom- und einer hypoxieresistenten Glioblastom-Zelllinie näher charakterisiert werden. In einem ersten Schritt konnte mittels Durchflusszytometrie unter vier neuartigen Nitroimidazol-Derivaten das tertiäre Amin PRC (N,N,N-Tris[2-(2-Nitro-1H-Imidazol-1-yl)Ethyl]Amin) als potentestes Zytotoxin unter Hypoxie ausgemacht werden. Auch im Vergleich mit der Nitroimidazol-Leitsubstanz F-Misonidazol zeigte PRC bereits in 10-fach geringerer Konzentration eine signifikante hypoxisch-zytotoxische Wirkung, ohne dass sich eine begleitend erhöhte Toxizität in normoxischem Zellgewebe beobachten ließ. Insgesamt konnte ein selektiver zytotoxischer Effekt auf hypoxische Zellen nachgewiesen werden, ein additiver hypoxisch-radiosensibilisierender Effekt von PRC ließ sich zudem anhand von Koloniebildungstests sowohl in der Lymphom- als auch in der Glioblastom-Zelllinie belegen. Bei den letztgenannten hypoxieresistenten Zellen wurde dabei eine Verstärkung der ionisierenden Strahlenwirkung um eine enhancement ratio (ER) von 2.2 (ER80%) bzw. 2.5 (ER50%) registriert. Ursächlich für die hypoxisch-zytotoxische sowie -radiosensibilisierende Potenz scheint die molekulare Struktur von PRC mit drei Ethyl-Nitroimidazol-Gruppen und dadurch bedingter hoher Elektronenakzeptorkapazität zu sein. Anhand der hier erhobenen Daten ist neben einer verstärkten Anreicherung in hypoxischen Geweben und der Sauerstoff-imitierenden Funktion, von einer PRC-induzierten Beeinflussung mitochondrialer Funktionen (Interaktionen reaktiver Nitroimidazol-Reduktionsprodukte mit intrazellulären Bestandteilen) auszugehen. In der Durchflusszytometrie konnte dabei nachgewiesen werden, dass PRC exklusiv unter Hypoxie mitochondrialen Stress, einen G2/M-Zyklus-Arrest und intrinsische Apoptose auslöst. Diese Daten weisen PRC als vielversprechendes neues 2-Nitroimidazol aus, das für die Radiotherapie hypoxischer Tumoren in vivo geeignet erscheint.