Cucurbiturile-Moleküle als Transporter für Steroide

Durch Cucurbiturile-Moleküle als Transporter sollen Steroide zukünftig ihre Wirkung im menschlichen Organismus schonender und effizienter entfalten können.

Viele denken im Zusammenhang mit Steroiden an Doping. Doch Steroide werden bekanntermaßen auch zur Therapie vieler Krankheiten eingesetzt. Dazu zählen allen voran Asthma, Neurodermitis, Multipler Sklerose, COPD, rheumatische Erkrankungen oder Morbus Crohn. Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Jacobs University in Bremen haben nun in Form von Cucurbiturile-Molekülen einen möglichen Weg gefunden, wie Steroide ihre Wirkung im menschlichen Körper schonender und effizienter entfalten können.

Cucurbiturile statt Cyclodextrine als Transporter für Steroide

Steroide lassen sich in Wasser nur schwer lösen und benötigen entsprechende Hilfsstoffe, damit sie als Medikament eingesetzt werden können. Diese Moleküle, auch Wirkstofftransporter oder synthetische Wirte genannt, schließen den jeweiligen Wirkstoff in einen Hohlraum ein und lösen ihn im Körper auf. Bei Steroiden übernehmen bislang vor allem Cyclodextrine, ringförmige Glucose-Moleküle, diese Aufgabe. Ihr Nachteil: Sie beschleunigen die Auflösung so stark, dass manche Menschen die Einnahme von Steroiden schlecht vertragen. Mit den Cucurbiturilen haben die Wissenschaftler aus Karlsruhe und Bremen nun ein vielversprechendes Transportmolekül identifiziert, mit dem sich solche unerwünschten Nebenwirkungen reduzieren lassen.

„Wir haben festgestellt, dass die Wirtsklasse der Cucurbiturile eine höhere Affinität zu den für den medizinischen Einsatz entscheidenden Steroiden hat als die der Cyclodextrine“, erklärt Dr. Frank Biedermann, Wissenschaftler am Institut für organische Chemie des KIT. Cyclodextrine sind relativ große Moleküle, die durch ihre flexible Form einerseits anpassungsfähig sind, andererseits aber auch leichter kollabieren. Um die notwendige Wasserlöslichkeit zu erzeugen, braucht man daher eine höhere Dosis des Wirkstoffes und des Begleitmittels. Dies erhöht die unerwünschten Nebenwirkungen des entsprechenden Medikamentes. Zudem verbinden Cyclodextrine sich bevorzugt mit dünneren Molekülketten wie den als Wirkstoff nicht relevanten Cholesterinen.

Anhand von Versuchen mit den Hormonen Testosteron und Estradiol, dem Entzündungshemmer Cortisol und den Muskelrelaktantien Pancuronium und Vercuronium haben die Experten nachgewiesen, dass steroid-haltige Cucurbiturile wesentlich stabiler sind und die Wasserlöslichkeit ihres Gastmoleküls stärker erhöhen. Außerdem können sie als Wirkstoffdepot fungieren, weil sie auch in Blutserum und Magensäure stabil bleiben und Steroide langsamer im Körper freisetzen. Die neue Wirtsgruppe ist biokompatibel und kann in geringerer Dosierung und selektiver eingesetzt werden. In der Folge könnten Medikamenten auf Steroidbasis besser wirken, ihre Nebenwirkungen könnten zurückgehen und die Herstellungskosten sinken.

Effizientere Darreichungsformen erhofft

„Mit Hilfe von Cucurbiturilen könnten in Zukunft neue und effizientere Darreichungsformen von Steroid-Wirkstoffen entwickelt werden“, ist Prof. Dr. Werner Nau, Experte für supramolekulare Chemie an der Jacobs University in Bremen, überzeugt. Doch nicht nur die Pharmakologie profitiert nach Einschätzung der beiden Wissenschaftler von den neuen Wirkstofftransportern, sondern auch die biologische Grundlagenforschung. Denn Cucurbiturile ermöglichen es in Verbindung mit einem Indikator-Farbstoff auch, die Interaktion zwischen Steroiden und Enzymen auf ihrem Weg durch den Körper in Echtzeit zu beobachten.

Diese vielfältigen Einsatzmöglichkeiten der Moleküle näher zu erkunden ist Ziel von Folgeprojekten am KIT und an der Jacobs University, die von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert werden. „Je genauer wir den Weg und die Wirkweise der Steroide verstehen, desto gezielter können wir sie auch dort entfernen, wo sie nicht mehr benötigt werden“, erklärt Nau. In einer Folgestudie erforscht zum Beispiel die Doktorandin Alexandra Irina Lazar, wie Steroide nach Verlassen des Körpers in der Umwelt wieder abgebaut werden können.