Chemotherapie

virustatisch - zytostatisch

K. Sigl

Chemotherapie

virustatisch - zytostatisch

Zusammensetzung und Struktur von Viren

Viren: keine zelluläre Organisationkein Stoffwechsel benötigen Wirtszelle

Nukleinsäuren: entweder DNA oder RNA

Proteine: auf viraler Nukleinsäure kodiertdienen zur Verpackung (Strukturproteine), zur Vervielfältigung und zur Transkription der Erbinformation (Enzyme und regulatorischeProteine)

Lipide: Manche Viren umhüllen beim Verlassen der Wirtszelle das in Proteinverpackte Genom mit einer doppelten Lipidhülle (Membran der Wirtszelle)

Aufbau der Viren

• virales Genom ist stets mit Proteinen verpackt• Proteinhülle des Genoms = Kapsid • Kapside setzen sich aus symmetrisch angeordneten Bausteinen

zusammen = Kapsomere• Komplex aus Kapsid und Nukleinsäure = Nukleokapsid• es existieren 2 Hauptformen von Viren:

- helikale Symmetrie einer spiralig angeordneten Nukleinsäure- kubische Symmetrie in Form eines Ikosaeders

nackte Viren: Kapsid oder Nukleokapsid stellt gesamte Virusstruktur dar

behüllte Viren: Kapsid oder Nukleokapsid von doppelter Lipidhülle umgeben

Virusreplikation

Virustatika

Potentielle Zielorte für Virustatika:• Spezifische Rezeptoren• Penetration und uncoating • Transkription und DNA-Replikation• Kapsidbildung• Virusgenom Einlagerung• Virusausschleusung

Häufig angewandte Virustatika mit guter viraler Spezifität und Eignung zur systemischen Therapie sind hauptsächlich gegen Herpesviren und HIVgerichtet.

Virustatika

Hauptprobleme der antiviralen Chemotherapie:- geringe Spezifität-Toxizität durch Beeinflussung auch des zellulären Metabolismus- Notwendigkeit, die Therapie sehr früh im Krankheitsablauf beginnen

zu müssen

Überblick über verschiedene Virustatika:- virustatische Antimetabolite (HSV, VZV, CMV)- Nicht-nukleosidische Wirkstoffe- Hemmstoffe der reversen Transkriptase (HIV)- Hemmstoffe der HIV-Protease- Fusionsinhibitoren- Hemmung des „uncoating“ und der Freisetzung der Influenza A-Viren- Interferone

Herpesviren

dsDNS Viren, kubisches Kapsid, Hülle

1. Herpes-simplex-Virus Typ 1 (HSV-1) Herpes labialis

2. Herpes-simplex-Virus Typ 2 (HSV-2) Herpes genitalis

3. Varicella-zoster-Virus (VZV) Windpocken, H. zoster

4. Eppstein-Barr-Virus (ERV) infektiöse Mononukleose(= Pfeiffersches Drüsenfieber)

5. Cytomegalie-Virus (CMV)

6. - 8. Humane Herpesviren (HHV) Typen 6, 7 und 8

Nukleosid-Analoga = Antimetaboliten

allgemeines Wirkprinzip:- abnorme Nukleoside sind im Basen-

oder im Zuckeranteil verändert- werden durch Triphosphorylierung in

Wirkform überführt- Zuckeranteil abnorm Kettenabbruch nach Einbau des Antimetaboliten

- Basenanteil abnorm Einbau des Antimetaboliten in DNS; DNS als Matrize nicht funktionsfähig

-zusätzlich reduzieren die falschen Substrate die Enzym-Aktivitäten

Nukleosid-Analoga = Antimetaboliten

Aciclovir:Guanosin-Analogon, enthält statt einer (Desoxy-)Ribose einen aliphatischen Rest (= Acycloguanosin)

Wirkungsweise:- Hemmung der viralen Nukleinsäuresynthese nach intrazellulärer

Phosphorylierung- Entscheidender Schritt: Anknüpfung des ersten Phosphat-Restes durch

Herpesvirus-kodierte Thymidinkinase (Selektivität für Virus-befallene Zellen)- Umwandlung des Aciclovir-Monophosphat zum Triphosphat durch zelluläre

Kinasen- Aciclovir-Triphosphat akkumuliert in Herpesvirus-befallenen Zellen- hemmt bevorzugt die Virus-kodierte DNS-Polymerase

Anwendung:parenteral: schwere Herpes-simplex und Herpes-zoster-Infektionenauch oral applizierbare (z.B. Prophylaxe bei Herpes simplex) und lokal anwendbare Präparate verfügbar

Nukleosid-Analoga = Antimetaboliten

Valaciclovir:Esterform (Prudrug = bioaktivierbare Vorstufe) von AciclovirVerbesserte pharmakokinetische Eigenschaften

Anwendung:Herpes zoster und Herpes genitalis

Famciclovir:- gleicht Aciclovir in der Wirkung gegen Herpes simplex und Varicella zoster- im Organismus Umsetzung zu Penciclovir (Prodrug!)- Wirksamkeit bezüglich der Hemmung der viralen DNS-Polymerase

geringer als bei Aciclovir- Verweildauer in den infizierten Zellen länger

Anwendung:Herpes zoster und Herpes genitalis

Nukleosid-Analoga = Antimetaboliten

Ganciclovir:- strukturell nah mit Aciclovir und Penciclovir verwandt- wirksam gegen Cytomegalie-Viren- Ganciclovir-Triphosphat hemmt vornehmlich die virale Polymerase der

Cytomegalie-VirenAnwendung:Behandlung von Cytomegalie-Infektionen bei Patienten mit geschwächtem Immunsystem z.B. CMV-Retinitis bei AIDS Patienten und bei EBV-Infektionen

Idoxuridin/Trifluridin:- abnormes Thymidin- Phosphorylierung und Einbau in die DNS auch in nicht-infizierten Zellen

Anwendung:lokale Therapie bei Erkrankungen mit HSV und VZV, Infektionen am Auge

Nukleosid-Analoga = Antimetaboliten

abnormer Zucker:AciclovirGanciclovirValaciclovirFamciclovirPenciclovir

abnorme Base:IdoxuridinTrifluridin

HIV-Infektionen

geschätzte Zahl der HIV/AIDS-Infizierten, Stand Ende 2001

HIV-Infektionen

HIV-Aufbau

Retrovirus!Virus-kodierte reverse Transkriptase schreibt RNS in DNS um.Einbau ins Genom der Wirtszelle mittels viruskodierter Integrase.Synthese viraler Proteine in Form von Polyproteinen.Verankerung der Polyproteine mittels Myristinsäure in der Wirtszellmembran.Virus-Protease spaltet die Vorläuferproteine in die einzelnen Struktur- und Funktionsproteine auf.

HIV-Vermehrung

HIV-Infektion

- HIV infiziert hauptsächlich Zellen des Immunsystems- T-Helfer Lymphozyten exprimieren CD4 = Rezeptor für HIV (Bindung)- Chemokin-Rezeptoren dienen als Co-Rezeptoren, die die Glykoproteine der

viralen Hülle in eine Konformation lenken, die Membranfusion erlauben Eintritt der Viren in die Zelle

Virustatika gegen HIV

1. Hemmstoffe der reversen Transkriptase(Nukleosid-Analoga)

2. Hemmstoffe der reversen Transkriptase(Nicht-Nukleosid-Analoga)

3. Hemmstoffe der HIV-Protease

4. Fusionsinhibitoren

1. Nukleosid-Analoga

Hemmstoffe der reversen Transkriptase:interagieren als falsche Substrate

Nature (2001) 410 April 19

1. Nukleosid-Analoga

Zidovudin (Azidothymidin)- Thymidin-Analogon- erstes verfügbares Nukleosid-Analogon- hemmt auch menschliche Polymerase- vermindert das Risiko einer vertikalen Transmission von HIV in der

Schwangerschaft von der Mutter auf das Kind um ca. 65%

Stavudin, Zalcitabin, Lamivudin, Didanosin- Substanzen enthalten physiologische Base und einen abnormen Zucker- Aktivierung in der Wirtszelle durch Tri-Phosphorylierung zum aktiven

Antimetabolit- Hemmung der reversen Transkriptase- Einbau in wachsenden DNS Strang Kettenabbruch

2. Nicht-Nukleosid-Analoga

Lagern sich an Regionen der reversen Transkriptase an, die dem katalytischen Zentrum benachbart sind und hemmen das Enzym somitallosterisch! Kein DNS-Kettenabbruch.Benötigen für ihre Wirkung keine Phosphorylierung.

Nature (2001) 410 April 19

2. Nicht-Nukleosid-Analoga

Delavirdin, Nevirapin, Efavirenzhaben sehr unterschiedliche chemische Strukturen

3. Hemmstoffe der HIV-Protease

Essentieller Schritt: Blockierung des aktiven Zentrums der HIV-Protease Virusreifung wird verhindert

Nature (2001) 410 April 19

3. Hemmstoffe der HIV-Protease

Indinavir, Nelfinavir, Saquinavir, Ritonavir, Lopinavir, Atazanavir (in klinischer Prüfung)abnorme Peptidegreifen in den letzten Schritt der Virusreplikation ein

Therapieempfehlung: Kombinationstherapie!Kombination zweier Nukleosid-Analoga und eines Protease-Hemmstoffes.Typische Kombination: Zidovudin, Lamivudin und Indinavir.Beseitigung der Viren aus dem Körper mit Kombinationstherapie nicht möglich!

4. Fusionsinhibitoren

EnfuvirtidErster Vertreter einer neuen Wirkstoffklasse.Hemmung der Fusion von Viren mit Zellen des Wirtsorganismus.Die Fusion wird durch die Bindung an ein virales Glycoprotein blockiert.Fusionshemmer greifen viel früher als andere HIV-Medikamente in denInfektionszyklus ein.

Influenza-Viren

„Orthomyxoviridae“, ssRNS, helikales Kapsid, Hülle

Influenza A: schwere Grippe-Epidemien mit ernsten Erkrankungsverläufen

Influenza B: weniger ausgedehnt, weniger gefährlich

Influenza C: meist asymptomatische Infektionen

Influenza-Viren

Influenza-Viren

Aufbau und Vermehrung:- Hülle enthält: Hämagglutinin und Neuraminidase- im Inneren 8 RNS-Einzelstränge (im Komplex mit angelagerten Proteinen;

Nukleokapsid)- RNS-abhängige RNS-Polymerasen- Hämagglutinin vermittelt Adsorption, durch Kontaktaufnahme mit

Sialinsäureresten an der Oberfläche der Wirtszelle- endozytotische Aufnahme des Viruspartikels in die Zelle- Hämagglutinin induziert die Fusion der Virushülle mit der Membran des

Endosoms das Innere des Viruspartikels bekommt Zugang zum Zytoplasma- Ansäuerung des Virus-Inneren Dissoziation des Nukleokapsid (uncoating)- Neuraminidase spaltet Sialinsäurereste von Oberflächenstrukturen der

Zelle ab Loslösung neusynthetisierter Viruspartikel

Virustatika gegen Influenza

Amantadin

Hemmt die Vermehrung von Influenza A und C

Das uncoating wird durch die Blockade eines viralen Protonen-Kanalproteinsgehemmt

Virustatika gegen Influenza

Neuraminidasehemmer (Zanamavir, Oseltamavir)- Anlagerung an das aktive Zentrum der viralen Neuraminidase

Hemmung des Enzyms- Freisetzung neugebildeter Viren wird blockiert- wirksam gegen Influenza A und B

Weitere antivirale Wirkstoffe

Adefovir- strukturelle Ähnlichkeit mit AMP- hemmt virale Polymerasen durch Bindungskonkurrenz

DNS-Kettenabbruch- wirksam gegen Hepadnaviren

Ribavirin- atypisches Nukleosid aus einer abnormalen Base und einer d-Ribose- inhibiert die DNS-Synthese- weites Wirkspektrum: umfasst viele DNS- und RNS-Viren

z.B: Respiratory-syncytial-Viren (RSV), Hepatitis Viren, AIDS-Erreger, Lassa-Viren

Interferone

Es existieren 3 Gruppen humaner Interferone:- Interferon α (aus versch. Zellen u.a. Leukozyten)- Interferon β (aus versch. Zellen u.a. Fibroblasten)- Interferon γ (aus T-Lymphozyten)

Wirkungsweise:- als Cytokine beeinflussen sie den Stoffwechsel anderer Zellen- binden an spezielle Rezeptoren auf der Zelloberfläche und induzieren so

die Synthese von mehr als 20 Proteinen, die mit der weiteren Virusvermehrung„interferieren“ (Abbau von Nukleinsäure, Unterbindung der Proteinbiosynthese)

- Neben direkten antiviralen Wirkungsmechanismen auch immunmodulatorischeEffekte (erhöhte HLA-1 Expression, Aktivierung zytotoxischer Lymphozyten)

Anwendung:Bei schweren, unbeherrschbaren Virus-Erkrankungen z.B. Enzephalitis, generalisierter Herpes zoster, chronisch aggressiver Hepatitis.Therapeutisch eingesetzte humane Interferone werden zunehmend rekombinant produziert.

Chemotherapie

virustatisch - zytostatisch

Grundlagen

Charakteristische Merkmale von Tumoren:- Zelluläre Unabhängigkeit von Wachstumssignalen- Insensitivität gegenüber inhibitorischen Wachstumssignalen- Umgehung und Vermeidung von Apoptose- Aneignung des Potentials zur unbegrenzten Replikation- Induktion der Angiogenese- Induktion von Gewebeinvasivität und Metastasierung

Tumorauslöser:genetische Schäden in der Zelle, ausgelöst durch z.B.:- Strahlung- chemische (kanzerogene) Stoffe- Virenführen zu- Inaktivierung von Tumor-Supressorgenen, wie p53- Aktivierung von Onkogenen (Mutationen von Genen, die in der normalen Zelle den Zellzyklus kontrollieren

Zytostatika

Therapieformen der Zytostatika:- kurative Therapie: Heilung, nur bei wenigen Tumoren möglich- palliative Therapie: Verlängerung oder Verbesserung der Lebensspanne bei hoffnungsloser Prognose

- adjuvante Therapie: Unterstützung nach einer Operativen- oder Strahlentherapie

- neoadjuvante Therapie: vor einem chirurgischen Eingriff

Zytostatika hemmen die Entwicklung und Vermehrung von schnell wachsenden Tumorzellen, aber auch von schnell wachsenden Zellen aus gesunden Gewebewie Knochenmark, Keimdrüsen, Darmschleimhaut und Haarwurzeln.

schwerwiegende Nebenwirkungen

Zytostatika

Nebenwirkungen der Zytostatika:- Grundsätzlich teratogen, mutagen, onkogen

Gefahr der Entstehung meist Therapie-resistenter Zweittumoren- Hemmung der Hämatopoese- Schwächung der Infektabwehr und Immunsuppression- gastrointestinale Beschwerden- Störung der Spermatogenese, der Follikelreifung, der Embryonal-

und Fetalentwicklung- Übelkeit und Erbrechen- Haarausfall

Resistenzentwicklung

Zelluläre Resistenzmechanismen:1. verminderte Zytostatikaaufnahme 2. verstärkte Inaktivierung des Zytostatikums3. verminderte Aktivierung des Zytostatikums4. verstärkte DNA-Reparatur 5. Hemmung der Bindung des Zytostatikums durch

Veränderung des Zielsubstrates 6. Überexpression des Zielproteins 7. verstärkten Auswärtstransport des Zytostatikums

aus der Zelle

Übersicht Zytostatika

• Alkylierende Substanzen

• Platinverbindungen

• Hydroxyharnstoff

• Antimetaboliten

• Mikrotubuli-Inhibitoren

• Topoisomerase-Inhibitoren

• Antibiotika

•Verschiedene Zytostatika

• Hormone

•Antikörper, Immunmodulatoren, Zytokine

Alkylierende Substanzen

- Zytotoxische Wirkung durch Alkylierung verschiedener Zellbestandteile- entscheidend ist dabei Alkylierung von DNA- die meisten Alkylantein haben zwei Alkyl-Gruppen und „cross-linken“ zwei

Stickstoffe in Guaninbasen Kettenabbruch, DNA-Quervernetzungen- wirken hauptsächlich während der DNA-Synthese, der DNA-Schaden löst

Apoptose aus

Stickstoff-Lost-VerbindungenWichtigste Substanz: Cyclophosphamid, wird zunächst in der Leber zu Chlorethylphosphosäureamid (zytostatischer Metabolit) und Acreolin metabolisiert.Weitere Substanzen: Ifosfamid, Trofosfamid, Chlorambucil, Melphalan,

Bendamustin, Thiotepa, Busulfan, Treosulfan

Nitrosoharnstoff-VerbindungenHohe Lipophilie, werden daher insbesondere bei Hirntumoren eingesetzt.Dacarbazin, Temozolomid, Procarbazin

Platinverbindungen

Komplexverbindungen mit einem zentralen Platinatom.Wirken ähnlich wie bifunktionelle Alkylantien durch Vernetzung von DNA-Strängen (Cisplatin, Oxaliplatin).Carboplatin hat anderes, noch unbekanntes Wirkprinzip. Wirkt auch beimColonkarzinom, bei dem die anderen Verbindungen unwirksam sind.

Hydroxyharnstoff

Hemmt die Ribonucleotid-Reduktase, die Ribonucleosiddiphosphate in dieDesoxyribonucleotide umwandelt. Blockade der DNA-Synthese

Antimetaboliten

Tumortherapeutika, die als „falsche“ Stoffwechselbausteine die Synthese vonDNA und RNA hemmen. Obwohl Tumorzellen prinzipiell die gleichen Stoff-wechselwege aufweisen, wie normale Zellen, gibt es quantitative Unterschiede,die Tumorzellen sensitiver gegenüber Antimetaboliten machen.

Folsäure-AntagonistenMethotrexat bindet mit einer 105-fach höheren Affinität als das natürlicheSubstrat Dihydrofolat an das katalytische Zentrum der Dihydrofolat-Reduktase und hemmt damit die Bildung von Tetrahydrofolsäure.Es greift in den Stoffwechselweg für die Thymidin-, Purin-, Methionin- undSerinsynthese ein; der Haupteffekt liegt bei einer gestörten Thymidilat-synthese.

Antimetaboliten

Purinanaloga6-Mercaptopurin, 6-ThioguaninSubstanzen mit struktureller Verwandtschaft zu Purinbasen, fungieren alsAntimetaboliten bei der Synthese der Purinnukleotide bzw. der Nukleinsäuren.Vorstufen! Werden erst durch Verknüpfung mit (Desoxy-) Ribose und Phosphorylierung zu eigentlichen Wirkstoffen aktiviert.

Pyrimidinanaloga5-Fluorourazil wird in ein fehlerhaftes Nukleotid umgewandelt und hemmt (durch kovalente Bindung, irreversibel) die Thymidilatsynthase.Cytarabin inhibiert die DNA-Polymerase und wirkt so stark myelosuppressiv.Gemcitabin wird als „falsche“ Base in die DNA eingebaut Abbruch der DNA-Synthese

Mikrotubuli-Inhibitoren

Vinca-AlkaloideVincristin und Vinblastin (aus Immergrün), Vindesin, VinorelbinMitosehemmstoffe, die spezifisch an das Zytoskelettprotein Tubulinbinden und die Polymerisation zu Mikrotubuli und damit die Ausbildungdes Spindelapparats blockieren Apoptose

TaxanePaclitaxel und Docetaxel (aus der kalifornischen Eibe)Stabilisieren Mikrotubuli im polymerisierten Zustand und wirken so auch Mitose-hemmend.

Mikrotubuli-Inhibitoren

Topoisomerase-Inhibitoren

Inhibitoren der Topoisomerase IIEtoposid und Teniposid (aus Podophyllum peltatum, dem Maiapfel)Topoisomerasen sind an der Entwindung bestimmter Chromosomenabschnittebeteiligt. Durch Öffnen und Schließen von DNA-Strängen schaffen sie dieVoraussetzung der Replikation.Etoposid und Teniposid hemmen einerseits die Enzymaktivität der Topoisomerase II, andererseits stabilisieren sie die Bindung derTopoisomerase II an den DNA-Spaltstellen, die nachfolgend nicht geschlossen werden können. Apoptose

Inhibitoren der Topoisomerase IIrinotecan und Topotecan (aus Camptotheca acuminata, chinesischer Baum)Die Topoisomeras I spaltet und verknüpft nur einen DNA-Strang. FunktionelleKonsequenzen sind ähnlich wie bei den Topoisomerase-II-Inhibitoren.

Antibiotika

AnthracyclineDaunorubicin, Doxorubicin, Epirubicin, IdarubicinLeiten sich von Tetracyclin ab. Verschiedene zytotoxische Mechanismen.1. Interkalation des planaren Moleküls in die DNA bzw. RNA2. Strangbrüche, einerseits wegen Hemmung der Topoisomerase II,

andererseits wegen Bildung von Radikalen (reaktive Sauerstoffspezies)Wesentlicher Resistenzmechanismus ist der verstärkte Auswärtstransport aus der Zelle.

ActinomycineDactinomycin (aus Streptomyces)Interkaliert in die DNA Hemmung der RNA- und ProteinsyntheseMitoxantron, AmsacrinInterkalieren in die DNA und führen durch Interaktion mit Topoisomerasen zu DNA-Strangbrüchen

Verschiedene Zytostatika

Asparaginase (aus Erwinia chrysanthemi)Enzym, das Asparagin zu Asparaginsäure deamidiert. Während für diemeisten Zellen Asparagin keine essentielle AS darstellt, sind Lymphoblastenauf extrazelluläres Asparagin angewiesen

MiltefosinPhospholipidderivat. Hemmt die Biosynthese von Membranphospholipiden,greift in die phospholipidabhängigen Signalwege ein und induziert Apoptose.Der Wirkmechanismus ist noch unklar.

ImatinibProteinkinasehemmer! Greift gezielt in die Signaltransduktion ein. Bindet in derkatalytischen Tasche einer Tyrosinkinase und hemmt so die Proliferation von Leukämiezellen

HormoneIn der Therapie von Tumoren von großer Bedeutung!Sowohl bei antineoplastischer Therapie, wie auch als Substitutionstherapiebei Ausfall von Hormonproduktion aufgrund zytotoxischer Chemotherapie.

GlucocorticoidePrednison, Dexamethason bei Lymphomen

AromatasehemmstoffeAminoglutethimidDas Enzym Aromatase bewirkt in einer ganzen Reihe von Geweben die Umwandlung von Androgenen in Estrogene.Antiestrogene Wirkung durch Hemmung der Aromatase. Hemmt auch die Glucocorticoid- und Mineralocorticoidsynthese.Spezifische Aromataseinhibitoren: Formestan, Exemestan, Letrozol,

Anastrozol

Hormone

Sexualhormonevor allem bei Prostata-, Mama-, EndometriumkarzinomEstrogeneHemmen die Testosteronproduktion, so dass der Hormonspiegel auf Kastrationsniveau vermindert sind. Hohe NW, werden kaum noch eingesetzt.GestageneBei palliativer Therapie des metastasierenden Mamakarzinoms.Senken den EstrogenspiegelGonadoliberinSenkt den Testosteron- und Estrogenspiegel auf Kastrationsniveau.Tamoxifen und ToremifenKompetetive Antagonisten am Estrogenrezeptor. Blockieren die Expression estrogenregulierter Gene, die Wachstumsfaktoren codieren und für dieKontrolle des Tumorwachstums bedeutsam sind.

Antikörper, Immunmodulatoren, Zytokine

Konventionelle Tumortherapie: Operation, Strahlen- und ChemotherapieBiologische Tumortherapie: Antikörper, Immunmodulatoren und Zytokine

Therapeutisch verwendet werden monoklonale Antikörper und rekombinanteZytokine, die ausgeprägte immunmodulatorische oder direkt antiproliferativeEigenschaften haben, wie Interferone oder Interleukin-2.

„Humanisierte“ monoklonale Antikörper: - Trastuzumab (HerceptinⓇ)-Cetuximab- Rituximab

Rekombinante Zytokine:- Interferone- Interleukin-2- koloniestimulierende Faktoren (CSF)

Antikörper, Immunmodulatoren, Zytokine

Andere rekombinante Zytokine, wie koloniestimulierende Faktoren (CSF),besitzen stimulierende Effekte auf die Hämatopoese und auf Immunzellen.Dazu zählen: - Erythropoietin (Epo)

- Granulozyten-stimulierender Faktor (G-CSF)- Granulozyten-/Makrophagen-stimulierender Faktor (GM-CSF)

Obwohl diese Faktoren selbst keine Antitumorwirksamkeit zeigen, stimulierensie die Regeneration der nach Chemo- oder Radiotherapie toxisch geschädigtenMyelopoese des Knochenmarks.

Bei der Therapie gegen Krebs wird in der Regel eine

Kombination verschiedener Zytostatika eingesetzt!