Mögliche Perspektiven für Krebstherapie: DNA-Schädigungsmechanismus in Wasser nachgewiesen
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Mögliche Perspektiven für Krebstherapie: DNA-Schädigungsmechanismus in Wasser nachgewiesen
Ein Nachweis zu einem speziellen DNA-schädigenden Mechanismus ist erstmals unter realitätsnahen Bedingungen gelungen – eine wichtige Grundlage für mögliche Krebstherapien. Damit bestätigte ein internationales Forschungsteam unter Leitung von Dr. Dana Bloß vom Institut für Physik der Universität Kassel einen zentralen molekularen Prozess in flüssigem Wasser, wie er auch im menschlichen Körper vorkommen könnte. Dabei wurden gezielt energiearme Elektronen, sogenannte Low-Energy Electrons (LEEs), freigesetzt, die bekannt dafür sind, DNA-Strukturen schädigen zu können. Bislang war dieser Mechanismus nur in der Gasphase beobachtet worden.
Möglich wurde dieser Nachweis durch eine Kombination verschiedener Elektronenspektroskopie-Verfahren und hochenergetischer Röntgenstrahlung aus einem Synchrotron. Mit der sogenannten Elektronen-Koinzidenztechnik konnte das Team den zugrundeliegenden Prozess, einen komplexen molekularen Mechanismus, bei dem schädliche Elektronen entstehen (RA-ICD), nachweisen. In Kombination mit der hochauflösenden Elektronenspektroskopie konnten die freigesetzten Elektronen identifiziert werden und ihre Entstehung im unmittelbaren molekularen Umfeld belegt werden. Dabei zeigte sich, dass bei den untersuchten Calcium-Ionen in Wasser gezielt Elektronen mit einer Energie von 15 bis 25 Elektronenvolt entstehen – in dem Bereich, der besonders wirksam DNA-Schäden verursacht.
Der RA-ICD-Mechanismus wurde bereits 2014 theoretisch vorhergesagt, wobei auch eine potenzielle medizinische Anwendung diskutiert wurde. Die zugrundeliegende Idee besteht darin, bestimmte Marker-Elemente, die beispielsweise gezielt in bösartiges Gewebe eingebracht werden, mittels resonanter Anregung durch Röntgenstrahlung zu aktivieren. Dabei wechselwirken die Röntgenstrahlen nahezu ausschließlich mit den Marker-Atomen, wodurch in deren unmittelbarer Umgebung gezielt und effizient bestimmte Elektronen freigesetzt werden, die DNA schädigen können. Im Gegensatz dazu blieben die umliegenden Atome und Moleküle des gesunden Gewebes weitgehend transparent gegenüber der Strahlung, sodass die Schädigung in diesen Bereichen minimiert werde.
Anders als bei der herkömmlichen Röntgentherapie, bei der sich die Strahlung breit im Gewebe verteilt, ermögliche dieser Ansatz somit eine lokal begrenzte, minimalinvasive Behandlung. „Auch, wenn es sich bei unserer Studie noch um Grundlagenforschung handelt, konnten wir dennoch zeigen, dass sich schädliche Elektronen in Wasser gezielt an definierten Stellen erzeugen lassen“, erklärt Bloß, die im Bereich Experimentalphysik mit Synchrotronstrahlung forscht. „Das ist ein wichtiger Schritt hin zu einer möglichen Anwendung des Prozesses in präziseren und gewebeschonenderen Therapiekonzepten.“
Bis zu einer solchen Anwendung sei es aber noch ein sehr langer Weg.
Die Studie entstand in Zusammenarbeit mit Forschungsgruppen aus Frankreich und Schweden und wurde im Fachjournal Journal of the American Chemical Society (JACS) veröffentlicht. Zur Kasseler Forschungsgruppe gehören neben Bloß auch Prof. Dr. Arno Ehresmann und Dr. Andreas Hans (beide Fachgebiet Experimentalphysik IV).
Link zum Paper: https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.5c06436
Kontakt für Rückfragen:
Dr. Dana Bloß
Universität Kassel – Institut für Physik
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