Nanovezels gemaakt van koperbindende peptiden verstoren kankercellen

Hoewel het in hoge concentraties giftig is, is koper als sporenelement essentieel voor het leven. Veel tumoren hebben voor hun groei aanzienlijk meer koper nodig dan gezonde cellen – een mogelijk nieuw aanvalspunt voor de behandeling van kanker.

In een nieuw artikel gepubliceerd in het journaal Angewandte Chemie Internationale Editieheeft een onderzoeksteam van het Max Planck Institute for Polymer Research nu een nieuwe methode geïntroduceerd waarmee koper effectief uit tumorcellen wordt verwijderd en deze doodt.

Koper is een essentiële cofactor voor een verscheidenheid aan enzymen die een rol spelen bij de groei en ontwikkeling van cellen. Koperionen zijn bijvoorbeeld betrokken bij de verdediging door antioxidanten. Cellen reguleren zeer strikt de concentratie en beschikbaarheid van koperionen. Enerzijds moeten er voldoende koperionen aanwezig zijn; anderzijds moet de concentratie vrije koperionen in het cytoplasma zeer laag worden gehouden om ongewenste bijwerkingen te voorkomen.

Extracellulaire, dubbel geladen koperionen worden gereduceerd tot enkelvoudig geladen koper, naar de cel getransporteerd, opgeslagen in pools en op verzoek overgebracht naar de biomoleculen die ze nodig hebben. Om het cellulaire koperevenwicht (homeostase) in stand te houden, hebben cellen slimme transportsystemen ontwikkeld die gebruik maken van een verscheidenheid aan transporters, liganden, chaperonnes (eiwitten die andere complexe eiwitten helpen correct te vouwen) en co-chaperones.

Omdat kankercellen veel sneller groeien en zich vermenigvuldigen, hebben ze een aanzienlijk grotere behoefte aan koperionen. Het beperken van hun toegang tot koperionen zou een nieuwe therapeutische aanpak kunnen zijn. Het probleem is dat het tot nu toe niet mogelijk is geweest medicijnen te ontwikkelen die koperionen met voldoende affiniteit binden om ze ‘weg te nemen’ van koperbindende biomoleculen.

In samenwerking met de Stanford University School of Medicine (Stanford/CA, VS) en Goethe University Frankfurt/Main (Duitsland) hebben Tanja Weil, directeur van het Max Planck Institute for Polymer Research (Mainz) en haar team nu met succes een dergelijk systeem ontwikkeld. systeem. De kern van hun systeem zijn de koperbindende domeinen van de chaperonne Atox1.

Het team heeft aan dit peptide een component toegevoegd die de opname ervan in tumorcellen bevordert. Een extra component zorgt ervoor dat de individuele peptidemoleculen aggregeren tot nanovezels zodra ze zich in de tumorcellen bevinden. In deze vorm hebben de vezeloppervlakken veel koperbindingsplaatsen in de juiste ruimtelijke oriëntatie om koperionen van drie zijden te kunnen grijpen met thiolgroepen (chelaatcomplex).

De affiniteit van deze nanovezels voor koper is zo hoog dat ze ook koperionen vasthouden in de aanwezigheid van koperbindende biomoleculen. Hierdoor worden de kopervoorraden in de cellen afgevoerd en worden de biomoleculen die koper nodig hebben, gedeactiveerd. Als gevolg hiervan wordt het redox-evenwicht van de tumorcel verstoord, wat leidt tot een toename van oxidatieve stress, waardoor de tumorcel doodt.

Bij experimenten uitgevoerd met celculturen onder speciale omstandigheden stierf ruim 85% van een borstkankercelcultuur na 72 uur af, terwijl bij een gezonde celcultuur geen cytotoxiciteit werd waargenomen.

Het onderzoeksteam hoopt dat deze fundamentele experimenten over een aantal jaren wellicht zullen resulteren in de ontwikkeling van bruikbare methoden voor de behandeling van kanker.