Folat Rezeptor alpha vermittelte Aufnahme von Photosensibilisator-Konjugaten und die Phototoxizität der Folsäure
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Ein aufstrebender Ansatz in der Tumortherapie ist die Photodynamische Therapie (PDT), bei der Photosensibilisatoren (PS) eingesetzt werden, die nach Bestrahlung zell- und gewebstoxische Moleküle, wie zum Beispiel reaktive Sauerstoffspezies (ROS), generieren. Für eine höhere Spezifität sollten Tumorzellen adressiert werden. Hierfür wurde ausgenutzt, dass viele Krebszellen den Folsäure-Rezeptor α (FRα) überexprimieren, der Folsäure (FS) und alles was daran gebunden ist endozytotisch in die Zelle aufnimmt. Zum Transport der PS wurden dabei hochmolekulare Vehikel verwendet, um bei späterer Anwendung den Enhanced Permeability and Retention (EPR) Effekt ausnutzen zu können.
In der vorliegenden Arbeit wurden zwei Transportsysteme charakterisiert: Im ersten System wurden Albumin-FS-Konjugate kovalent an geladene PS gebunden. Exemplarisch wurde hier mit β Carbolin Derivaten gearbeitet. Wir konnten zeigen, dass die kovalente Bindung von FS und einem PS an das Albumin zu einer FRα-spezifischen Aufnahme des gesamten Konstruktes in FRα-tragende KB Zellen führt. Es konnte gezeigt werden, dass dieses nach der endozytotischen Aufnahme in die Zellen ins Lysosom gelangt. Dort wird das Albumin abgebaut und setzt den PS frei. So konnte durch Bestrahlung eine hochspezifische Rezeptor-vermittelte Photozytotoxizität induziert werden, während das freie β Carbolin und ein Albumin β Carbolin-Konjugat ohne FS keinen zytotoxischen Effekt nach Bestrahlung zeigten. Durch Kompetition mit FS-Überschuss konnte dieser Effekt verhindert werden.
Aufbauend auf den Ergebnissen, die mit den Albumin-FS-Konjugaten erhoben wurden, wurden FS-konjugierte Dextran-Partikel als weitere spezifische Transport-Vehikel charakterisiert. Sie sind in der Lage, große Mengen lipophiler PS einzuschließen. Hier wurde exemplarisch das Tetraphenylporphyrin (TPP) verwendet. Die hier verwendeten Dextran-Partikel sind säurelabil. Nach Aufnahme über den Rezeptor und Transport ins Lysosom fallen sie auseinander und geben den PS frei. Auch mit diesem System konnte eine hochspezifische FRα-vermittelte Photozytotoxizität gezeigt werden. Schon geringe Mengen (20 µg/mL) des FS-konjugierten und TPP beladenen Partikels führen nach kurzer Inkubationszeit und anschließender Bestrahlung zu vollständiger Zytotoxizität. Dieselben Partikel zeigten keinen Effekt im Dunkeln. Durch Kompetition mit einem Überschuss an FS kann der zytotoxische Effekt im untersuchten Konzentrationsbereich fast komplett aufgehoben werden. Dieselben Partikel ohne FS-Konjugation sind auf der Oberfläche kationisch geladen. Es wurde gefunden, dass diese Partikel lipophile PS hocheffizient, aber unspezifisch ins Zellinnere transportieren. Umgeht man hingegen die positive Ladung auf der Oberfläche der Partikel, wurden diese überhaupt nicht von Zellen aufgenommen und erwiesen sich deshalb trotz TPP-Beladung als vollkommen untoxisch.
Während der Experimente zur FRα-vermittelten Aufnahme stießen wir als interessanten Nebenbefund auf das photozyto- und photogenotoxische Potential der FS selbst. Es konnte gezeigt werden, dass FS unter Bestrahlung zellfrei und in Zellen dosisabhängig oxidative DNA-Schäden generiert. Dieser Effekt konnte durch die Inhibition des FS-Metabolismus durch das Medikament Methotrexat (MTX) noch verstärkt werden. Außerdem wurde nach Inhibtion dieses Metabolismus ein signifikantes mutagenes Potential von FS plus Licht nachgewiesen. Dies liefert einen Anhaltspunkt, dass die bekannte kanzerogene Wirkung von UV-Licht nicht nur von dessen UV-B Anteil ausgelöst wird, sondern über endogene Chromophore, wie die FS und dessen Abkömmlingen, auch vom UV-A Anteil, verursacht wird.