Technische Universität Wien
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2016-11-04 [

Florian Aigner, Hannes Mikula

 | Büro für Öffentlichkeitsarbeit ]

Moleküle, die richtig klicken

Die TU Wien entwickelt im Rahmen eines hochdotierten EU-Forschungsprojektes Strategien für die bildgebende Diagnostik im Bereich der Nanomedizin unter Anwendung von „in vivo Click Chemie“.

Dennis Svatunek, Christoph Denk und Hannes Mikula (Click-It-Projektleiter an der TU Wien), Institut für Angewandte Synthesechemie

‚Click-It‘ - gefördert im Rahmen von HORIZON 2020

Zweistufiges Verfahren zur Bildgebung unter Anwendung von bioorthogonaler ‚Click‘ Chemie

Die Anwendung von Antikörpern, die spezifisch an Tumorzellen binden, ist ein vielversprechender Ansatz im Bereich der Krebsdiagnostik und -therapie. Doch wie untersucht man den menschlichen Körper nach diesen Antikörpern, um herauszufinden, ob diese auch am Zielgewebe binden? Und wie stellt man damit fest, wo sich die Tumorzellen überhaupt befinden?

Eine Möglichkeit ist, die jeweiligen Antikörper mit radioaktiven Isotopen zu markieren. Auf diese Weise kann man mit einem bildgebenden Verfahren, der Positronen-Emissions-Tomographie (PET), sichtbar machen, wo sich die Antikörper im Körper aufhalten bzw. angesammelt haben. Nachdem diese Anreicherung jedoch mehrere Stunden bis wenige Tage dauern kann, führt eine direkte Radiomarkierung der Antikörper zu einer erhöhten Strahlenbelastung für die Patienten. Außerdem können kurzlebige und daher vorteilhafte Radioisotope nicht verwendet werden, da aufgrund der kurzen Halbwertszeiten nach einem längeren Zeitraum kein ausreichendes Signal mehr gemessen werden kann.

Im Rahmen des HORIZON 2020 Projektes ‚Click-It‘, das mit 6 Millionen Euro dotiert ist, sollen in den kommenden 5 Jahren Methoden sowie spezielle neue Verbindungen entwickelt werden, mit denen Antikörper auf besonders schonende und verlässliche Weise sichtbar gemacht werden können. „Das soll dabei helfen, Antikörper, die in der Immuntherapie angewendet werden, besser untersuchen zu können - zusätzlich aber auch beim Aufspüren von Tumorgewebe“, erklärt Hannes Mikula (Click-It-Projektleiter an der TU Wien) aus der Forschungsgruppe von Prof. Johannes Fröhlich am Institut für Angewandte Synthesechemie.

Zweistufiges Verfahren
Radiomarkierte Verbindungen lassen sich in einem Positronen-Emissions-Tomographen (PET) sehr gut sichtbar machen. Allerdings soll dabei die radioaktive Belastung für Patienten möglichst geringgehalten werden, weshalb solche Substanzen nur in äußerst geringen Mengen verabreicht werden und für möglichst kurze Zeit im Körper verbleiben sollen. Aus diesem Grund wird im Rahmen von ‚Click-It‘ an der Entwicklung zweistufiger Verfahren gearbeitet: „Die Antikörper werden nicht direkt radioaktiv markiert, sondern mit einer stabilen chemischen Gruppe, einem TCO (trans-Cycloocten) modifiziert. Diese TCO-Antikörper reichern sich in weiterer Folge spezifisch im Zielgewebe an, wobei dieser Prozess bis zu wenigen Tagen dauern kann“, erklärt Christoph Denk, seit kurzem Postdoc-Mitarbeiter im Rahmen von ‚Click-It‘.

Erst dann wird in einem zweiten Schritt eine radioaktiv markierte Substanz verabreicht, die mit den TCO-Gruppen der angereicherten Antikörper reagiert und dadurch eine stabile Bindung eingeht. Auf diese Weise kann eine zweistufige Bildgebung mittels PET durchgeführt werden. An der TU Wien sollen dazu in den kommenden Jahren radiomarkierte Tetrazine entwickelt werden, welche mit hoher Geschwindigkeit und Selektivität mit TCO-Gruppen reagieren. Diese „bioorthogonale Reaktion“ muss dabei im lebenden Organismus ablaufen (in vivo Chemie), weshalb eine in der Synthesechemie übliche Optimierung der Reaktionsbedingungen (Temperatur, Lösungsmittel, Reagenzien, Katalysatoren, usw.) nicht möglich ist. „Die Reaktion muss höchst selektiv und aufgrund der äußerst geringen Mengen auch sehr rasch ablaufen“, sagt Christoph Denk.

Die Suche nach perfekten Tetrazinen
Allerdings ist es schwierig, Tetrazine herzustellen, die die hohen Anforderungen erfüllen. Das Team von Hannes Mikula an der TU Wien entwickelte in den letzten beiden Jahren mehrere spezielle Tetrazine, die mit radioaktivem Fluor-18 oder auch Kohlenstoff-11 markiert sind. „Man hatte schon behauptet, dass die direkte Herstellung von 18F-Tetrazinen gar nicht möglich ist. Uns ist vor 2 Jahren aber trotzdem ein erster großer Schritt gelungen, wobei es bis zum idealen Tetrazin noch viel Arbeit bedarf“, sagt Christoph Denk.

Dies soll nun im Rahmen von ‚Click-It‘ zusammen mit KollegInnen des Rigshospitalet (Projekt-Koordination) und der Universität Kopenhagen, der Universität Mainz und des Austrian Institute of Technology (AIT) sowie Tagworks Pharmaceuticals (als Firmenpartner) geschehen. Die Gruppe an der TU Wien ist vorwiegend für die Entwicklung neuer Tetrazine verantwortlich und leitet zudem ein Arbeitspaket mit dem Ziel optimierte TCO-Gruppen für die Modifikation von Antikörpern herzustellen. „Die Zusammenarbeit mit unseren Partnern im Rahmen eines gemeinsamen geförderten Projektes und natürlich auch unser Anteil an der Fördersumme - 830.000 Euro - ermöglichen uns, diese Aufgabenstellungen in den kommenden Jahren effizient zu bearbeiten. Jedoch können wir nicht alle vielversprechenden Substanzen herstellen und testen, da dies weder machbar noch effizient wäre“, sagt Hannes Mikula. Hier soll und kann der Vienna Scientific Cluster 3 (VSC 3) aushelfen. „Durch Modellierung von chemischen Strukturen und Reaktionen können wir sehr gut abschätzen, ob ein Tetrazin ausreichend schnell mit TCO reagieren würde. Der VSC stellt hierfür eine ausgezeichnete Plattform dar, um eine Vielzahl an Tetrazinen und Reaktionen berechnen und auf diese Weise testen zu können“ erklärt Dennis Svatunek, der sich im Rahmen des TU-Doktoratskollegs ‚Molecular and Elemental Imaging in Biosciences‘ (MEI-Bio, mei-bio.tuwien.ac.at) unter Betreuung von Prof. Günter Allmaier und Prof. Johannes Fröhlich unter anderem mit der Kinetik von solchen bioorthogonalen Reaktionen beschäftigt.

Abbilden und heilen
Das zweistufige Verfahren könnte zusätzlich zu diagnostischen Anwendungen allerdings auch für die Therapie nützlich sein: Wenn man radiotherapeutische Verbindungen oder auch Wirkstoffe mithilfe eines zweistufigen Prozesses gezielt an Tumorzellen andocken lassen kann, könnte man diese Zellen auch auf molekularer Ebene bekämpfen. Auch dazu werden unterschiedliche Ansätze an der TU Wien bereits entwickelt bzw. sollen in Zukunft noch gezielter erforscht werden.

Siehe auch: aktuelles/news_detail/article/8976/https://www.tuwien.ac.at/aktuelles/news_detail/article/8976/

Nähere Informationen:
Dipl.-Ing. Dr.techn. Hannes Mikula
Institut für Angewandte Synthesechemie
Technische Universität Wien
Getreidemarkt 9, 1060 Wien
T: +43-1-58801-163721
hannes.mikula@tuwien.ac.at