Melaninbindung von Substanzen

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The melanin binding of drugs and its implications (pdf)







Die Melaninaffinität von Substanzen und daraus resultierende Wirkungen auf den Organismus

Die Bindung von Substanzen an Melanin ist in biologischen Systemen für eine Vielzahl (patho)physiologischer oder toxischer Effekte verantwortlich:

Besondere Bedeutung besitzt zum Beispiel die Melaninaffinität von Antimalariamitteln bei Langzeitbehandlung (Larsson, 1993). So ist das potentiell retinotoxische Malariamittel Chloroquin noch ein Jahr nach einmaliger i.v. Injektion in erheblichen Konzentrationen in der Retina von Labortieren nachweisbar (Lindquist and Ullberg, 1972). Seine schädigenden Effekte, wie z.B. das Auftreten einer Chorioretinopathie,  lassen sich durch die Akkumulation in Retinamelanin und die andauernde Freisetzung aus diesem Depot erklären.

Neben der ungewollten Akkumulation von Substanzen in Melanin-pigmentierten Organen kann eine hohe Melaninaffinität von Medikamenten auch wirkungsrelevant sein. Dies ist der Fall, wenn Therapeutika gezielt auf melanin-haltige Organe wirken sollen, z.B. bei der Bekämpfung von Krankheiten, die mit einer Melanin-Hyperpigmentierung einhergehen. Ein besonders fatales Beispiel hierfür kann das maligne Melanom darstellen. Die gezielte Anreichung einer Substanz in Melanin-haltigen Zellen könnte auch das Ausmaß von Nebenwirkungen beträchtlich reduzieren.

Wirkungen und Nebenwirkungen, die durch Bindung von pharmakologisch aktiven Substanzen an Melanin entstehen können, sollten von vornherein bei ihrer Entwicklung bedacht werden!

Ein Zusammenhang zwischen Nebenwirkungen von zugelassenen Medikamenten und ihrer möglichen Bindung an Melanin sollte erkannt werden!

Literatur:

Larsson, B.S., 1993, Interaction between chemicals and melanin, Pigment Cell Res 6, 127.
Lindquist, N.G. and S. Ullberg, 1972, The melanin affinity of chloroquine and chlorpromazine studied by whole body autoradiography, Acta Pharmacol Toxicol (Copenh) 2:Suppl, 1.

 

Beispiele der pathophysiologischen Bedeutung der Melaninbindung:

Spätdyskinesien
Das Auftreten von Spätdyskinesien ist eng mit der Melaninaffinität der sie verursachenden Neuroleptika verknüpft (Lyden et al., 1982; Salazar et al., 1978). Spätdyskinesien sind unwillkürliche, extrapyramidale Bewegungsstörungen, die nach einer Langzeitbehandlung mit Neuroleptika auftreten. Häufig werden Spätdyskinesien nach Absetzen oder Dosisreduktion des Neuroleptikums bei älteren Patienten beobachtet.

Retinale Schädigungen
Der Schutzmechanismus des Melanins im retinalen Pigmentepithel besteht vor allem im Abfangen UV-induzierter Radikale. Ein Verlust dieser Radikalfängereigenschaft führt zu Schädigungen der Retina.

Auch melanin-gebundene Schadstoffe oder Medikamente können zu Schädigungen der Retina führen, ein bekanntes Beispiel hierfür ist die durch melanin-gebundenes Chloroquin hervorgerufene Chorioretinopathie.

Unsere Methoden

Neben klassischen Verfahren der Bindungsstudien wie Gleichgewichtsdialyse oder Ultrafiltration bietet IBAM ein selbst entwickletes und patentiertes affinitätschromatographisches Verfahren zur Bestimmung der Melaninaffinität von Substanzen an.

Vorteile einer affinitätschromatographischen Untersuchung sind:
  
  • Verwendung nativer statt radioaktiv markierter Substanzen
  • Eine zeit- und kostenintensive radioaktive Markierung, wie sie für frühere Melanin-Bindungsstudien mit nachfolgender Radioaktivitätsmessung benötigt wurde, entfällt.
  • Eventuell entstehende Metabolite können chromatographisch erkannt werden, die alleinige Messung der Radioaktivität würde das jedoch nicht erlauben.
 

Bindungskurven an MelaninDie Aufnahme von Bindungskurven für verschiedene Substanzen an Melanin mittels der von uns entwickelten HPLC-Affinitätssäule ermöglicht eine deutliche Unterscheidung und Quantifizierung der Affinitäten dieser Substanzen (Knörle et al., 1998). Zur Aufnahme der Bindungskurven wird die Retention (V -V0) gegen die aufgegebene Teilchenzahl N0 aufgetragen. 
 
Die Berechnung der Bindungsparameter erfolgt aus der Retention der jeweiligen Substanzkonzentration auf der HPLC-Säule durch nichtlineare Modellierung. Die von uns verwendete, deskriptive Funktion (V - V0) =  D + 1/N0c  ermöglicht eine sehr genaue Anpassung an die Datenpunkte. Keines der klassischen Modelle erlaubt eine solche Anpassung. Somit sind die deskriptiven Parameter c und D ein gleichwertiges oder besseres Maß für die Melaninaffinität von Substanzen als die "klassischen" Bindungskonstanten. Die Melanin-Affinitäten verschiedener Substanzen sind mit den entsprechenden 95%-Konfidenzintervallen in der folgenden Tabelle aufgeführt.
 
Substanz c D
Chloroquin 0,37 [0,36; 0,38] -171,3 [-198,3; -144,1]
Haloperidol 0,27 [0,26; 0,28] -51,6 [-69,2; -33,5]
Desipramin 0,18 [0,17; 0,18] -10,0 [-10,5;-9,6]
Sulpirid 0,15 [0,15; 0,16] -4,1 [-4,8; -3,3]
Flunitrazepam 0,08 [0,07; 0,08] -2,0 [-2,4; -1,7]

Literatur:

Knörle, R., E. Schniz and T.J. Feuerstein, 1998, Drug accumulation in melanin: An affinity chromatographic study, J. Chromatography B, 714, 171.