Wir beschäftigen uns mit der biologischen Wirkung von Small Molecule Messengers.

Dafür gibt es leider keinen wirklich guten deutschen Namen. Botenstoffe, nidermolekulare Botenstoffe. Und zu diesen Botenstoffen gehören wirklich die kleinsten Moleküle überhaupt, nämlich einige diatomige Gase, wie zum Beispiel Stickstoffmonoxid NO und halt das Kohlmonoxid CO selber.

Beide werden im menschlichen Körper, aber auch von Tieren, Mikroorganismen, Endogen, also durch den Organismus selber produziert aus organischen Quellen und haben dabei halt eine wichtige Funktion im Körper, insbesondere im Zusammenhang mit oxidativen Stress.

Oxidativer Stress entsteht immer dann, wenn im Sauerstoffmetabolismus halt Radikalprodukte entstehen, die nicht sofort inaktiviert werden und dann halt Folgereaktionen machen, Zellbestandteile zerstören. Da ist es halt wichtig, diesen Stress zu minimieren,

um halt das Überleben der Zellen sicherzustellen. Wenn man jetzt diese nidermolekularen Botenstoffe, die ja gasförmig sind, für sich auch ausgesprochen toxisch sind, das Stickstoffmonoxid versucht man ja zum Beispiel aus Autoabgasen auch über Katalysatoren zu entfernen.

Stickoxide haben noch den Vorteil, dass sie teilweise farbig sind, dass man sie überhaupt erkennen kann. Das ist natürlich für das Kohlenstoffmonoxid nicht mehr der Fall. Das ist farblos, geruchlos. Das hat auch den Spitznamen der lautlose Tod, weil man da halt so dann einfach so da wegdämmert und eigentlich gar nicht mehr richtig merkt, dass man sich intoxiniert.

Deswegen gibt es auch nach wie vor mehrere tausend Todesfälle im Jahr in den Industrienationen durch schlecht belüftete Heizungen. Und ähnliche Dinge kann man sich sicher vorstellen, dass Ärzte, die die Opfer von solchen Rausgasvergiftungen dann behandeln,

nicht mehr besonders geneigt sind, Patienten solche gasförmigen Substanzen gezielt zu verabreichern. Und da kommt im Prinzip die Organometallchemie, die Bioorganometallchemie ins Spiel, indem wir nämlich auf der Suche sind nach Carbonylverbindungen,

in denen das CO halt durch Bindung, durch Koordination an ein Metallzentrum inaktiviert ist. Auf diese Weise halt in fester Form gehandhabt werden kann, in wässriger Lösung dann abgemessen werden kann, die dann in fixen Konzentrationen einem Patienten

in einer Zellkultur appliziert werden können und aus denen es dann halt in kontrollierter Maße durch wohl stimmbare Reaktionsbedingungen freigesetzt werden kann. Das passiert bei vielen dieser Moleküle, für die der Begriff CORM, CO Leasing Molecules, geprägt worden ist,

hydrolytisch, das heißt, man löst die Verbindung einfach in Wasser auf. Dann kommt es zu Ligandenaustauschreaktionen, in deren Folge halt das CO freigesetzt wird. Das hat natürlich das Problem, wenn die Zielstruktur im Körper, beispielsweise ein Tumor, eine bestimmte Blutgefäße oder so, in der Zeit, wo das Ganze in wässriger Lösung zerfällt,

nicht erreicht wird, dann kann man natürlich die gewünschte Wirkung nicht erzielen. Und deswegen arbeiten wir an sogenannten Photochorms. Der Begriff Foto steht dabei dafür, dass wir die CO-Freisetzung durch Licht auslösen wollen.

Das ist insofern attraktiv, als dass die Verbindungen halt im Dunkeln stabil sind. Man kann versuchen, sie in bestimmten Körperregionen, zellorganellen, anzureichern. Und erst, wenn man dann mit einem Lichtstrahl, mit einem Laser da drauf schießt, dann setzt man halt wirklich die Reaktion in Gang

und setzt das Ganze, setzt das Effektormolekül letztendlich frei und kann dann halt schauen, wie die Zelle darauf reagiert. In unserem Falle ist das halt gewünscht eine zytotoxische Wirkung. Das heißt, wir wollen diese Zelle auf die Weise abtöten.

Das ist nicht ganz der Effekt, den man bei der Rauchgasvergiftung hat, wo letztendlich ja die Blockade des Sauerstofftransportes letztendlich dann zum Tod der Zellen führt. In unseren Fällen ist das etwas indirekter. Wir denken, dass die biologische Wirkung daherkommt, dass das Kohlenstoffmonoxid eine hohe Affinität für sogenannte Hähnenzyme hat,

wo halt in so einem Tetrapyrrolring ein Metallzentrum drin sitzt und dann axial halt das Kohlenstoffmonoxid da dranbinden kann. Das variiert das Redoxpotenzial dieser Hähnenzyme, insbesondere in den Methylchondrien. Es ist halt wichtig, dass verschiedene solcher Elektronenüberträger

die richtigen Potenziale haben. Wenn das nicht mehr stimmt, dann gerät der Energiehaushalt der Zelle durcheinander und darauf reagieren diese Zellen dann halt mit einem Selbstmordprogramm der sogenannten Apoptose. Das ist gewünscht. Das heißt, die Zelle baut sich quasi programmiert selber ab.

Die DNA und die Proteine werden entsprechenden Enzymen zerlegt und können dann halt auch anschließend wieder recycelt werden. Dafür sind halt diese Corms seit ungefähr zehn Jahren in der Diskussion. Erste Verbindung waren sehr einfache Carbonilkomplexe,

die im Prinzip wenig Variationsmöglichkeiten hatten, deren Löslichkeit und auch Hydrolysegeschwindigkeit man nicht einstellen konnte. Und erst in den letzten drei, vier Jahren sind halt komplexere Verbindungen entwickelt worden, indem man die Halbwertzeit der hydrolytischen CO-Freisetzung

in einem breiteren Maße einstellen kann. Man ist mittlerweile bei einer Zeitskala von einer Stunde oder etwas mehr für die Halbwertszeiten dabei und eine fotokontrollierte biologische Wirkung. Das ist halt ein ganz, ganz neues Thema.

Sicher, auch in Zukunft wird das nicht beschränkt bleiben auf CO, weil man kann sich natürlich vorstellen, dass man auch andere Botenstoffe in die Koordinationssphäre eines Metalls einführt. Es gibt zum Beispiel Arbeiten zum sogenannten GABA. Das ist die Gamma-Aminobuttersäure. Auch das ein Botenstoff im zentralen Nervensystem

und dessen Wirkung wird halt auch verändert, wenn man sie über die Aminogruppe oder auch eine Aminosäure letztendlich sowohl über die Karboxylat wie über die Aminogruppe an ein Metallzentrum koordiniert. Und auch da kann man halt solche Verbindungen photolithisch freisetzen. Und das ist halt heutzutage beileibe nicht mehr beschränkt

auf Tumore an der Oberfläche, also Melanome, Hautkrepse und Ähnliches, sondern mit modernen Lichtleitertechniken kann man halt auch ins Körperinnere hineinleuchten sozusagen. Da ist auch nicht alles so solide, dass man da durchaus mit Lichtleitern auch in den Bauchraum

zum Beispiel hineingehen kann. Und wichtige Herausforderungen sind halt hier insbesondere halt den Wellenlängenbereich so zu wählen, dass man also das Gewebe nicht durch Fotoreaktionen schadet. Also wenn das zu weit im UV-Bereich liegt, dann kriegen die Zellen sozusagen Sonnenbrand.

Das möchte man dann auch nicht, sondern man möchte eigentlich möglichst rot anregen im energieniedrigen Bereich, weil da auch die Einringtiefe sehr viel größer ist, die nämlich umgekehrt proportional zur Wellenlänge. Und ich denke, das ist ein spannendes Arbeitsfeld am Grenzbereich zwischen anorganischer Chemie,

Biochemie und Medizin und wird hoffentlich eine interessante Entwicklung auch in den nächsten Jahren nehmen.