Die Photopharmakologie bietet die Möglichkeit, Wirkungen von Arzneistoffen räumlich und zeitlich mit Licht zu steuern. Bisher kann auf verschiedene Konzepte wie Photoschaltung, Photoabspaltung oder die photodynamische Therapie zurückgegriffen werden, um photoresponsive Arzneistoffe zu entwickeln. Kinasen eignen sich sehr gut als Zielprotein in diesem Zusammenhang, da sie eine Schlüsselrolle in der menschlichen Zelle übernehmen und so z.B. die Regulierung von Wachstum und Differenzierung steuern. Eine unkontrollierte Überaktivierung von Kinasen kann zu verschiedenen Krebsarten führen, welche mit Kinaseinhibitoren wiederum therapiert werden können. Die Kombination von Kinaseinhibitoren mit photopharmakologischen Konzepten (vorranging Photoschaltung und Photoabspaltung) könnte die Wirksamkeit der konventionellen Behandlung erhöhen, bei gleichzeitiger Reduzierung systemischer Nebenwirkungen. Diese Arbeit zielt auf eine Weiterentwicklung bestehender Photopharmakologiekonzepte für Kinaseinhibitoren ab, um die mögliche Anwendung in der Klinik voranzutreiben. Außerdem wurden die entwickelten photoschaltbaren Kinaseinhibitoren in einem Kinom-Aktivitäts-Profiling untersucht, um den Einfluss der Wirkstoffe auf das gesamte Kinasenetzwerk zu ermitteln. Die synthetisierten photoresponsiven Inhibitoren wurden photochemisch charakterisiert und anschließend in Form von Kinaseassays, Kinom-Profiling und Zellproliferationsassays biologisch getestet.
Im ersten Teil der Arbeit wurden mehrere Photoschalter biologisch evaluiert. Für den zugelassenen Kinaseinhibitor Axitinib konnte eine isomerenabhängige biologische Wirkung (auf VEGFR2, auf HUVEC und im Kinom-Profiling) gezeigt werden. Jedoch ließ sich das Stilben nicht reversibel in wässrigen Medien schalten. Die darauffolgende Funktionalisierung mit Diazocinen vereinte optimierte photochemische Parameter mit einem ausreichenden pharmakologischen Wirkunterschied. Die eingeschränkte Wirksamkeit eines photoschaltbaren BRAFV600E-Inhibitors durch Kinomüberaktiverung konnte durch das Kinom-Profiling erklärt werden. Während ein Kinom-Profiling der Chronoschalter nicht gelang, konnte ein deutlicher Wirkunterschied im Profiling der RET-Stilben-Schalter festgestellt werden. Die im zweiten Teil untersuchten Photoschutzgruppen DMNB und BODIPY für CDK2-Inhibitoren führten unter Bestrahlung entweder zur erwarteten Abspaltung und CDK2-Hemmung (DMNB) oder zu erheblichen photodynamischen Effekten (BODIPY).
Die untersuchten Verbindungen leisten einen wichtigen Beitrag für die (Weiter-)Entwicklung photoresponsiver Kinaseinhibitoren. Weiterführende Studien im Tiermaßstab erscheinen so wahrscheinlicher (Photoschalter) oder sollten als nächstes durchgeführt werden (Photoabspaltung). Weiterhin wird eine Ergänzung der biologischen Testung von Kinaseinhibitoren um das Kinom-Profiling als sinnvoll erachtet, da es das Portfolio in der Testung sinnvoll erweitert.Photopharmacology offers a spatiotemporal control of the effects of drugs using light. Up to now, various concepts such as photoswitching, photocleavage or photodynamic therapy can be used to develop photoresponsive drugs. Kinases are very well suited as target proteins for the following applications, as they fulfil a key role in the human cell and therefore control cell functions, e.g., the regulation of growth and differentiation. Uncontrolled overactivation of kinases can lead to various types of cancer, which can be treated with kinase inhibitors. Combining kinase inhibitors with photopharmacological concepts (preferential photoswitching and photocleavage) could increase the efficacy of treatment while reducing systemic side effects. This work aims at the advancement of existing photopharmacological concepts for kinase inhibitors to improve their potential clinical application. In addition, the developed photoswitchable kinase inhibitors have been investigated in a kinome activity profiling to determine the influence of the drugs on the entire kinase network. The synthesized photoresponsive inhibitors were photochemically characterized and subsequently biologically tested using kinase assays, kinome profiling and cell proliferation assays.
In the first part of the work, several photoswitches were biologically evaluated. For the approved kinase inhibitor axitinib, an isomer-dependent biological effect (on VEGFR2, on HUVEC and in kinome profiling) could be shown. However, stilbenes could not be reversibly switched in aqueous media. The subsequent functionalization with diazocines combined good photochemical parameters with a sufficient difference in effect. The limited effectiveness of the photoswitchable BRAFV600E inhibitor due to kinome overactivation could be explained by kinome profiling. While kinome profiling of the chronoswitches was not successful, a clear difference in effectiveness in the profiling of the RET stilbene switches was observed. In the second part, the photoremovable protecting groups DMNB and BODIPY for CDK2 inhibitors were investigated. Under irradiation, caged inhibitors led either to the expected cleavage and CDK2 inhibition (DMNB) or to significant photodynamic effects (BODIPY).
The investigated compounds contribute significantly to the (further) development of photoresponsive kinase inhibitors. Further studies in animal scale thus seem more likely (photocleavage) or should be carried out next (photoswitching). Furthermore, the addition of kinome profiling to the biological testing of kinase inhibitors is considered useful as it expands the testing portfolio
