Präklinische Evaluation pflanzlicher Extrakte aus Helleborus niger und Viscum album L. sowie eines Gold(I)- Phosphinkomplexes mit funktionellem Naphthalimidliganden bezüglich ihrer Apoptose- induzierenden Wirksamkeit und den dabei zugrunde liegenden Mechanismen in vitro, ex vivo und in vivo

Abstract

Onkologische Erkrankungen gehören nach Herz- Kreislauferkrankungen zu den häufigsten Todesursachen weltweit. Die Entwicklung neuer Wirkstoffe für die Behandlung dieser Erkrankungen ist somit von Interesse. Hierbei bietet zum einen die Suche nach neuen zytostatisch wirksamen Substanzen in Pflanzenextrakten einen viel versprechenden Ansatzpunkt, zum anderen bildet die Weiterentwicklung schon bekannter Wirkstoffe durch Verbindung mit zusätzlich funktionellen Gruppen ein interessantes Forschungsfeld. In der vorliegenden Arbeit wurden Pflanzenextrakte aus Helleborus niger und Viscum album L. sowie ein neu synthetisierter Gold(I)-Phosphinkomplex mit Naphthalimidliganden auf ihre biologische Aktivität in vitro, ex vivo und in vivo untersucht. Bei der Untersuchung der Extrakte aus Helleborus niger konnten erste präklinische Daten zur in vitro- Wirksamkeit auf einer Reihe von Zelllinien gewonnen werden. Eine Inkubation mit Helleborus niger Extrakt inhibiert die Proliferation von Tumorzellen und induziert spezifisch Apoptose in BJAB, NALM-6, SUP-B15, JURKAT und REH Zellen. Die Apoptose erfolgt über den intrinsischen, mitochondrialen Signalweg mit konsekutiver Prozessierung der Caspase-3 und ist nicht vollständig durch Überexpression des antiapoptotischen Bcl-2 Proteins blockierbar. Eine Apoptoseinduktion konnte auch in primären Patientenzellen von Kindern mit neu diagnostizierter ALL und AML sowie dem Rezidiv einer AML gefunden werden. In der zweiten Publikation wurde erstmalig die Wirksamkeit von Viscum album L. Extrakten in einem akuten lymphoblastischen Leukämie Modell in vitro und in vivo evaluiert und die Rolle des Mistellektin-III an der zytotoxischen Wirkung genauer untersucht. Hierzu wurden ein ML-III reiches (MT-P) und ein ML-III armes (MT-P) Extrakt verwendet. In vitro kommt es zu einer dosisabhängigen Proliferationsinhibition und Apoptoseinduktion durch antimitochondriale Effekte in NALM-6 Zellen, die eng mit dem ML-III Gehalt der verschiedenen Viscum album L. Extrakte korrelieren. In vivo zeigte sich jedoch eine höhere antileukämische Potenz des ML-III armen MT-A, so dass der antileukämische Effekt der verwendeten Extrakte nicht allein auf ihren absoluten ML-III Gehalt zurückgeführt werden kann. In der dritten publizierten Arbeit konnte gezeigt werden, wie die zytotoxische Potenz von Gold(I)-Phosphinverbindungen durch die Kopplung mit einem funktionellen Liganden verbessert werden kann. Der neu synthetisierte Gold(I)-Phosphinkomplex mit Naphthalimidliganden weist sowohl antiproliferative als auch antiangiogene Eigenschaften auf und verursacht eine Apoptoseinduktion durch antimitochondriale Effekte. Der Naphthalimidligand ist hierbei für eine höhere Goldakkumulation im Zellkern sowie die antiangiogenen Effekte des Komplexes verantwortlich. Die Naphthalimidstruktur konnte somit als beachtenswerter Ligand für die Gewinnung neuer Komplexe mit erhöhter zytotoxischer Effektivität identifiziert werden.

Despite advances in chemotherapeutic treatment of oncologic diseases, there is a significant rate of relapse and a priori resistance with high death rates, which renders research in new therapeutic molecules. On the one hand, search for low molecular weight inhibitors in plant material offers a wide spectrum of new anti-cancer compounds and on the other hand, further development of known agents through combination or chemical modification can lead to more effective compounds. In this work, plant extracts of Helleborus niger, Viscum album L. and a synthesized gold(I) phosphine complex with a functional naphthalimide ligand were evaluated for their in vitro, ex vivo and in vivo acitvity. Treatment with extracts of Helleborus niger leads to a strong inhibition of proliferation, which is caused by specific apoptosis induction. Apoptosis is executed via the mitochondrial pathway, which was evidenced by caspase-9 and caspase-3 processing. Apoptosis could be detected in lymphoma, leukemia and melanoma cells and overcomes a Bcl-2-mediated block of apoptosis. In primary cells of patients with childhood ALL and AML, which were partly poor responding to doxorubicin and daunorubicin, a strong apoptosis induction was determined. In combination with the vinca alkaloid vincristine, strong synergistic effects were detected in BJAB cells. In a second work, the cytotoxic in vitro and in vivo effects of two standardized aqueous extracts from Viscum album L. were compared. MT-A was obtained from fir trees and MT-P from pine trees. The two extracts differ in their mistletoe lectin- III (ML- III) content, which is one of the main ingredients of mistletoe extracts causing apoptotic cell death. In vitro, both extracts inhibited cell proliferation at very low concentrations and lead to a dose- dependent induction of apoptosis, which strongly correlated with their ML-III content. In vivo, both MTs significantly improved survival in a SCID-model of pre-B ALL. Interestingly, treatment with MT-A lead to a better overall survival and less toxicity in vivo. In the third work, a novel luminescent gold(I) complex with a functional naphthalimide ligand was investigated for its primary biological properties. Cell culture experiments revealed strong antiproliferative effects and induction of apoptosis via mitochondrial pathways. The naphthalimide ligand was identified as a very promising structure, as it leads to a higher gold accumulation in the nucleus and a significant anti- angiogenic potency of the complex.