Photopharmakologie – Wenn Licht Wirkstoffe an- und ausschaltet

Aber dass auch dies streng genommen nur ein Teilbereich der sogenannten Photopharmakologie ist und es noch viele weitere Anwendungsgebiete gibt, wissen nur noch ganz wenige – bislang jedenfalls. Denn diesem Bereich der Pharmazie, der sich mit Wirkstoffen befasst, die sich gezielt durch Licht an- aber auch abschalten lassen, wird eine große Zukunft prophezeit. Im Jahr 2014 etwa veröffentlichten die Forscher um Johannes Broichhagen und Dirk Trauner, damals Professor für Chemische Biologie und Genetik an der Uni München, mittlerweile an der Uni New York, im Fachmagazin „Nature Communications“ ihre Arbeit zum Wirkstoff JB 253. Dieser mit einem optischen Schalter versehene Wirkstoff aus der Klasse der Sulfonylharnstoffe wird erst aktiv, wenn er mit blauem Licht bestrahlt wird. Dann induziert er die Freisetzung von Insulin aus den Betazellen der Bauchspeicheldrüse. Die Vision der Forscher war dazu, dass Diabetes-Patienten eine Tablette schlucken, die den Wirkstoff gleichmäßig ins Blut abgibt. Erst im Bedarfsfall aktiviert der Patient dann das Arzneimittel, indem er ein blaues Licht an seine Haut hält. Das ist noch immer eine Vision – verschiedene Forschergruppen haben aber an weiteren Möglichkeiten zum Einsatz der Photopharmakologie gearbeitet.

Noch scheinen diese Arzneimittel Zukunftsmusik zu sein. Schweizer Forscher haben nun allerdings der gesamten Photopharmakologie einen Schub geben können. Die Forschenden um Studienerstautor Maximilian Wranik und Jörg Standfuss, stellvertretender Leiter des Labors für Biomolekulare Forschung am Paul Scherrer Institut PSI im Schweizer Ort Villingen, haben einen Tumor-Wirkstoff, der sich derzeit in der klinischen Erprobung befindet, photosensibel modifiziert: Das Combretastatin A-4 bindet in der modifizierten Form nur dann an die Mikrotubuli (und behindert so ähnlich wie etwa Colchicin die Zellteilung), wenn es durch Licht aktiviert wird. Als „Lichtschalter“ nutzen die Forscher dabei eine Diazobrücke – eine Verbindung aus zwei Stickstoffatomen, die auf Licht reagiert. Bekannt ist sie etwa aus Diazofarbstoffen, wo sie das Chromophor (also den für die Farbigkeit verantwortlichen Molekülbestandteil) bildet.

Unter Lichteinwirkung biegt sich das Combretastatin A-4, inaktiv ist es gerade gestreckt. Die Schweizer konnten nun erstmals ein photosensitives Molekül bei der Arbeit beobachten – wie es sich verhält, wenn es durch „Ausschalten“ vom aktiven in den inaktiven Zustand wechselt. „Wir haben neun Schnappschüsse zwischen einer Nanosekunde und 100 Millisekunden nach dem Ausschalten des Wirkstoffs gemacht“, sagt Standfuss. Die Forscher nutzten dazu die Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS und den Schweizer Freie-Elektronen-Röntgenlaser SwissFEL, mit denen es ihnen gelang, einen regelrechten Film der Molekülbindung an das Protein Tubulin zu erstellen.