MDCK-MRP2 - Dkfz

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Forschungsschwerpunkt B
Funktionelle und Strukturelle Genomforschung
Kamm und A. Herschap, Univ. Medical Center, Nijmegen, Niederlande;
H.-C. Siebert, Tierärtzliche Fakultät, LMU München
In der ZS werden die MR-Forschungsaktivitäten mittels drei
Großgeräten durchgeführt: ein 14-Tesla 4-Kanal Spektrometer
(600 MHz 1H-Frequenz), hauptsächlich für Strukturforschung
im Bereich Proteomics und Glycomics; ein 11,7-Tesla
Spektrometer (500 MHz 1H-Frequenz) für die analytische
in vitro NMR-Spektroskopie (MRS); ein multifunktionelles
7,0-Tesla System mit 15-cm Magnetbohrung für in vitro
Analytik, z.B. an Bioflüssigkeiten, und in vivo MRS und MR-
Bildgebung am Tiermodell. Für die routine MR-Analytik steht
ein 5.8-Tesla (250 MHz) Gerät zur Verfügung.
In vitro MRS wird für analytische Aufgaben und Molekül-
Strukturforschung eingesetzt (reine Substanzen in Lösung,
Chromatographie-Fraktionen oder Reaktionsgemischen, biologische
Flüssigkeiten wie Urin und Plasma, Suspensionen
intakter Zellen bzw. Zellextrakte).
In vivo MRS wird hauptsächlich für nichtinvasive metabolische
Untersuchungen an soliden Tumoren im Tiermodell
eingesetzt. Mit MR-Bildgebung kann das Wachstum von
Tumoren bzw. Metastasen im lebenden Tier visualisiert werden.
Einige der aufwendigeren kooperativen Forschungsprojekte,
die über die Routine-Analytik hinausgehen, werden im
Folgenden beschrieben.
Struktur-Analytik mittels MRS
In verschiedenen Kooperationen, insbesondere mit der Abt.
von M. Wiessler, wurden die Methoden der hochauflösenden
MRS für die Strukturbestimmung und Charakterisierung
einzelner synthetischer Moleküle eingesetzt:
- ein Konjugat zwischen 3'-AMP und dem Farbstoff BODIPY,
eines Indacen-Derivates, wurde mit 1H, 13C, 19F, and 11B MRS sowie mit semi-empirischem Modeling charakterisiert;
- Glykokonjugate von Hydroxyharnstoff und Mesylglykol,
potentielle „prodrugs“ für „targeted“ Antitumor-Therapie,
wurden mit ein- und zwei-dimenionelle 1H/ 13C-MRS untersucht [1];
- Mono- und Diglukoside des Curcumins, ein
antikrebswirkender Naturstoff, wurden charakterisiert.
Tumor-selektive Farbstoffe. Für die intraoperative Visualisierung
von Tumorgewebe und Metastasen wurden fluoreszierende
Peptid-Farbstoff-Konjugate synthetisiert. Die Octapeptide
Octreotat, Tyr3-Octreotat, und Tyr3-Octreotid wurden mit verschiedenen Rhodaminen gekoppelt und ihre
Bindung an Somatostatin-Rezeptoren (SSTR) getestet. Bei
Konjugaten mit Rhodamin-101 wurde einer unerwünschte
Verlust der Fluoreszenz bei pH 7-8 festgestellt. Mit MRS
konnte die reversible Bildung eines neutralen, nicht-fluoreszierenden
Spirolaktam nachgewiesen werden [2].
Diät und Krebsprävention
In einer langfristigen Kooperation mit R. Owen in der Abt.
H. Bartsch (C010) wird eine Vielzahl von Naturstoffe aus
diversen Nahrungsmittel auf ihre potentielle chemopräventive
bzw. antitumoralle Wirkung untersucht. Extrakte von
Ölen, Samen, Früchten oder Würzeln werden chromatografish
aufgetrennt und die isolierten Komponenten mittels
Massenspektrometrie und vor allem durch extensive MRS-
Studien eindeutige identifiziert. Diverse einfache und komplexere
Phenole (hydroxytyrosol, dihydrocaffeic acid, verschiedene
cinnamic und coumaric acids) sowie das Glykokonjugat
Acteosid und die Flavonoide Luteolin und Apigenin
konnten in dem Fruchtfleisch der schwarzen Oliven nachgewiesen
werden [3]. Diese Substanzen, die auch in anderen
B090
Zentrale Spektroskopie
DKFZ 2004: Wissenschaftlicher Ergebnisbericht 2002 - 2003
Obst- und Gemüsesorten gefunden werden, wirken als
starke Antioxidantien und schützen gegen die Wirkung von
reaktive Sauerstoff (Radikalen) im Gewebe.
Carob fiber wird aus der Carob-Bohne isoliert und als ergänzenden
„dietary fiber“ in der Nahrungsmittel-Industrie verwendet.
In einem aufwendigen analytischen Verfahren wurde
ein kommerzielles Carob-Präparat untersucht, um eine
vollständigere Überblick über seine phenolischen Inhaltsstoffe
zu gewinnen. Mittels MRS wurden diverse Bestandteile
wie cinnamic and gallic acids, gallotannins, Flavone und
ihre Glykoside sowie Cathechine nachgewiesen [4].
Weitere MRS-Untersuchungen sind im Gange bezüglich der
Antioxidantien in Sesam-Öle und in diversen Früchten aus
Thailand. Leinsamen enthalten Secoisolariciresinol Diglucosid,
und diese Substanz wird durch Bakterien im Dickdarm zu
Tamoxifen-ähnlichen Lignanen umgewandelt, die präventiv
gegen Brustkrebs wirken können. Die Strukturen der verschiedenen
Produkten konnten nur mit MRS aufgeklärt werden.
19F-MR-Studien zur Fluorpyrimidin-Chemotherapie
Fluorpyrimidin Chemotherapie (z.B. mit 5-Fluoruracil, 5-FU)
ist eine der ältesten aber noch weitverbreiteten Behandlungsmethoden,
insbesondere für Kolonkarzinom und
Lebermetastasen. 19F-MRS bietet die einmalige Möglichkeit
die zahlreichen Metaboliten eines Medikamentes wie Fluoruracil
z.B. in Blutplasma, Urin, oder Tumorgewebe nachzuweisen
und zu quantifizieren. Mehrere Studien dieser Art
wurden seit 1986 in der Abteilung erfolgreich durchgeführt.
Nicht nur in der Forschung sondern auch im klinischen Alltag
findet 19F-MRS seine Anwendung, z.B. nach Fluoruracil-Behandlung
für den Nachweis giftiger Kataboliten wie Fluorhydroxypropionsäure
(FHPA) und das Neurotoxin Fluoracetat
(FAC) in mikromolare Konzentrationen in Urin von Krebspatienten,
die gleichzeitig an Niereninsuffienz leiden [5]. Diese
Patienten zeigten auch entsprechend starke neurologische
Nebenwirkungen.
In einer Kooperation mit dem Medizinischen Zentrum
Nijmegen [6] wurde am Mausmodell zwei Tumorarten mit
unterschiedlicher Empfindlichkeit gegenüber 5-FU Behandlung
untersucht. Die sogenannte FU-empfindliche Tumoren
bildeten größere Mengen der zytotoxischen Fluornukleotiden
(FNuk, z.B. FUTP), die mittels in vivo 19F-MRS im Tumorgewebe
nachgewiesen werden konnten. Durch zwei Mechanismen
wirken die FNuk zytotoxisch: (a) durch Einbau
in RNA und (b) durch Inaktivierung das Enzym Thymidylat-
Synthase (TS). Gegenüber der empfindlichen Tumorart
zeigten die FU-unempfindlichen Tumoren eine schnellere
Erholung der TS-Aktivität und ein schnelleres Entfernen
der Fluoruracil-Einheiten aus der RNA.
In einem Ratten-Modell Studie wurde intra-arterielle lokoregionale
5-FU Therapie mit systemischer i.v. Behandlung
bei verschieden Dosen und Infusionszeiten verglichen. Gewebeproben
(Tumor, Leber, Niere) wurden nach der Therapie
entnommen und mittels 19F-MRS bezüglich der Mengen
an 5-FU Kataboliten und Anaboliten (FNuk) analysiert. Therapiewirkung
korrelierte mit der Konzentration der FNuk in
Tumorgewebe, und systemische Toxizität korrelierte mit
der Erscheinung von FNuk in Leber und Niere. Niedrig dosierte
Langzeit-Infusionen (25 mg/kg über 5 bzw. 24 Std)
resultierten in den besten Verhältnissen für FNuk in Tumor
gegenüber Leber und ergaben die besten Therapiewirkungen
ohne Toxizität - mit einem kleinen Vorteil für i.a.
gegenüber i.v. Therapie [7].