Senolytika und Forschungssubstanzen zur zellulären Seneszenz: eine Übersicht

Nur für Forschungszwecke. Die auf dieser Seite besprochenen Substanzen sind Laborreagenzien. Sie sind keine Arzneimittel, keine Nahrungsergänzungsmittel und nicht für die Anwendung am Menschen oder am Tier, für die Diagnostik oder für irgendeine Anwendung im oder am Körper bestimmt. Nichts im Folgenden ist eine gesundheitsbezogene Aussage oder eine Empfehlung irgendeiner Art.

Die Seneszenz hat sich in den vergangenen fünfzehn Jahren zu einem der am intensivsten untersuchten Themen der Zellbiologie entwickelt, und mit ihr ist eine ganze Kategorie von Laborsubstanzen unter der Bezeichnung „Senolytika“ entstanden. Diese Übersicht erklärt, was diese Kategorie in der publizierten Literatur tatsächlich bedeutet, welche Substanzklassen darunter fallen und wie ein Labor diese Materialien als Reagenzien behandeln würde. Sie ist eine Landkarte eines Forschungsfeldes und keine Anleitung zur Anwendung von irgendetwas.

Was sind Senolytika und zelluläre Seneszenz

Die zelluläre Seneszenz beschreibt einen Zustand, in dem eine Zelle die Teilung dauerhaft einstellt, ohne abzusterben. Die Zelle bleibt metabolisch aktiv und beginnt in vielen Modellen, eine Mischung aus Zytokinen, Chemokinen, Proteasen und Wachstumsfaktoren abzugeben, die in der Literatur als seneszenzassoziierter sekretorischer Phänotyp bezeichnet und meist mit SASP abgekürzt wird. Seneszente Zellen werden in vitro und in tierischem Gewebe üblicherweise anhand von Markern wie p16INK4a, p21, der seneszenzassoziierten Beta-Galaktosidase-Aktivität und DNA-Schädigungsmarkern wie Gamma-H2AX und 53BP1 identifiziert.

Der Begriff „senolytisch“ wurde geprägt, um Substanzen zu beschreiben, die berichtetermaßen selektiv Apoptose in seneszenten Zellen auslösen und proliferierende Zellen dabei verschonen. Die zugrunde liegende Annahme der publizierten Arbeiten lautet, dass seneszente Zellen der Apoptose entgehen, indem sie bestimmte Überlebenswege hochregulieren, und dass die Blockade dieser Wege den Schutz selektiv aufhebt. Verschiedene senolytische Kandidaten zielen auf unterschiedliche Knotenpunkte: Proteine der BCL-2-Familie, die PI3K/AKT-Signalgebung oder, im Fall peptidbasierter Kandidaten, Protein-Protein-Wechselwirkungen wie die Interaktion von FOXO4 mit p53.

Ein verwandter, aber davon abzugrenzender Begriff ist „senomorph“ beziehungsweise „senostatisch“, verwendet für Substanzen, die den SASP dämpfen sollen, ohne die seneszente Zelle abzutöten. Die beiden Mechanismen werden in nichtakademischen Texten häufig verwechselt, und wer einen Assay entwirft, muss in der Regel angeben, welchen der beiden er misst.

Wo Senolytika in der Forschungsliteratur stehen

Das Feld der Senolytika ist nahezu vollständig präklinisch. Der Großteil des Bestands sind In-vitro-Arbeiten an kultivierten Fibroblasten, Endothelzellen und Präadipozyten sowie Nagerstudien entweder an natürlich gealterten Tieren oder an genetisch veränderten Stämmen, bei denen sich seneszente Zellen auf Kommando entfernen lassen. Daten am Menschen beschränken sich auf eine kleine Zahl früher Prüfstudien, und keine senolytische Substanz besitzt irgendwo eine Zulassung.

Berichtete präklinische Forschungsfelder

• Assays zur selektiven Apoptose in vitro. Vergleich der Viabilität induziert seneszenter gegenüber proliferierenden Zellpopulationen nach Exposition gegenüber einer Kandidatensubstanz, typischerweise mit p16- oder SA-Beta-Gal-Auslesegrößen.
• SASP-Profilierung. Messung von sezerniertem IL-6, IL-8, MMPs und verwandten Faktoren in konditionierten Medien, um senolytische von senomorpher Aktivität zu unterscheiden.
• Genetische Clearance-Modelle. INK-ATTAC- und p16-ATTAC-Mauslinien, in denen p16-positive Zellen durch einen niedermolekularen Dimerisierer abladiert werden können, dienen als Referenz gegenüber pharmakologischen Kandidaten.
• Gewebespezifische Nagerstudien. Berichtete Arbeiten in Modellen der Lungenfibrose, am gealterten Hippocampus, an Nierengewebe und an Gefäßgewebe, jeweils mit unterschiedlichen und teils widersprüchlichen Ergebnissen.
• Chemotoxizitätsmodelle. Studien, die die durch zytotoxische Wirkstoffe wie Doxorubicin induzierte Last seneszenter Zellen in Tiermodellen untersuchen.
• Mechanistische Strukturarbeiten. NMR- und Interaktionsstudien, die charakterisieren, wie Peptidkandidaten an ihre Proteinpartner binden.

Ein wichtiges Merkmal dieser Literatur ist, dass sie nicht durchweg positiv ausfällt. Manche publizierten Nagerarbeiten berichten, dass die Entfernung seneszenter Zellen je nach Gewebe und Zeitpunkt neutral oder schädlich sein kann, was im nachfolgenden Abschnitt zur Regulierung weiter behandelt wird.

Substanzklassen auf einen Blick

Peptidbasierte Kandidaten

Der bekannteste ist FOXO4-DRI, ein retro-inverses zellpenetrierendes Peptid, das die Wechselwirkung von FOXO4 mit p53 stören soll. Retro-invers bedeutet, dass die Sequenz umgekehrt und aus D-Aminosäuren aufgebaut ist, ein gängiger medizinalchemischer Ansatz zur Verbesserung der Peptidstabilität gegenüber Proteasen. Es wird als lyophilisiertes Pulver geliefert und ist einer der wenigen senolytischen Kandidaten, die ein Peptid und kein kleines Molekül sind. Das entsprechende Material in Forschungsqualität ist als FOXO4-DRI 10 mg gelistet.

Flavonoide und niedermolekulare Kandidaten

Quercetin ist ein pflanzliches Flavonoid, das die gesamte senolytische Literatur durchzieht, nahezu immer in Kombination mit dem Kinaseinhibitor Dasatinib, was publizierte Arbeiten als „D+Q“ abkürzen. Quercetin allein wird häufiger als breit wirksames Polyphenol mit antioxidativer und kinasemodulierender Aktivität in vitro charakterisiert, und die Bezeichnung senolytisch gilt der Kombination und nicht dem Quercetin allein. Fisetin und Navitoclax (ABT-263) sind die beiden anderen kleinen Moleküle, die diesen Teil des Feldes dominieren.

Angrenzende Kategorien, die häufig mit Senolytika zusammengefasst werden

Mehrere Substanzfamilien werden neben Senolytika untersucht, ohne im strengen, apoptoseauslösenden Sinn senolytisch zu sein. Kurze Bioregulator-Peptide wie Epithalon werden in Telomer- und Zellzykluskontexten untersucht. Mitochondriale und metabolische Substanzen, behandelt in der Übersicht zu mitochondrial abgeleiteten Peptiden, tauchen in Arbeiten zur mitochondrialen Dysfunktion als vorgelagertem Treiber des seneszenten Phänotyps auf. Diese Kategorien auseinanderzuhalten ist beim Versuchsdesign wichtig, denn die Assay-Endpunkte sind nicht austauschbar.

Warum die Kennzeichnung „nur für Forschungszwecke“ wichtig ist

Jede auf dieser Seite genannte Substanz ist eine Prüfsubstanz für Forschungszwecke. In der EU werden diese Materialien als Laborreagenzien nach dem Chemikalienrecht geliefert und nicht als Arzneimittel im Sinne der Richtlinie 2001/83/EG. Diese Unterscheidung ist es, die sie rechtmäßig verfügbar hält, und sie hängt vollständig davon ab, wie sie beschrieben und verkauft werden. Ein Reagenz, das mit einer therapeutischen Aussage oder mit Anwendungshinweisen für den Menschen dargestellt wird, ist aus Sicht einer Behörde kein Reagenz mehr und wird zu einem nicht zugelassenen Arzneimittel.

Regulatorischer und sicherheitsbezogener Hinweis. Keine senolytische Substanz wurde von der EMA, der FDA oder einer vergleichbaren Behörde für irgendeine Indikation zugelassen. Sicherheit und Wirksamkeit beim Menschen sind nicht belegt. Auch die präklinische Datenlage ist gemischt und nicht durchweg günstig: Publizierte Nagerarbeiten haben berichtet, dass die Entfernung seneszenter Endothelzellen die pulmonale Hämodynamik in bestimmten Modellen verschlechtern kann, was unterstreicht, dass seneszente Zellen in manchen Geweben normale physiologische Funktionen erfüllen. Navitoclax, eines der häufig zitierten niedermolekularen Senolytika, ist in der onkologischen Literatur mit gut dokumentierter Thrombozytentoxizität verbunden. Das sind Gründe dafür, dass das Feld experimentell bleibt.

Handhabung und Lagerung für Forschende

Die Anforderungen an die Handhabung unterscheiden sich zwischen den Peptid- und den niedermolekularen Vertretern dieser Gruppe deutlich.

• Lyophilisierte Peptide. Versiegelte Vials bei minus 20 Grad Celsius aufbewahren, vor Licht und Feuchtigkeit geschützt. Ein Vial vor dem Öffnen auf Raumtemperatur kommen lassen, damit sich kein Kondenswasser auf dem Lyophilisat bildet.
• Rekonstituierte Peptidlösungen. Kurzfristige Lagerung bei 2 bis 8 Grad Celsius, längerfristig in Aliquots bei minus 20 Grad Celsius oder darunter. Vor dem Einfrieren aliquotieren, damit keine Probe wiederholten Einfrier-Auftau-Zyklen ausgesetzt wird. Unser Leitfaden zu Peptidlagerung und -stabilität behandelt dies ausführlicher.
• Wahl des Lösungsmittels. Retro-inverse und zellpenetrierende Peptide können sich in wässrigem Puffer anders verhalten als herkömmliche Peptide. Die Löslichkeit sollte im kleinen Maßstab geprüft werden, bevor ein ganzes Vial eingesetzt wird. Die allgemeinen Abwägungen behandelt der Vergleich von bakteriostatischem Wasser und Essigsäure.
• Flavonoide und kleine Moleküle. Quercetin und ähnliche Polyphenole sind lichtempfindlich und oxidieren in Lösung leicht. Braunglasvials und frisch angesetzte Arbeitslösungen sind gängige Praxis.
• Dokumentation. Chargennummer, HPLC-Reinheit, massenspektrometrische Identität und Eingangsdatum zu jedem Experiment festhalten. Der Leitfaden zum Analysenzertifikat erklärt, worauf in einem COA zu achten ist.
• Allgemeine Laborpraxis. Handschuhe, Augenschutz, ein ausgewiesener Arbeitsbereich und Entsorgung nach den lokalen Vorschriften für Chemikalienabfälle.

Häufig gestellte Fragen

Was bedeutet der Begriff senolytisch tatsächlich?

In der publizierten Literatur ist ein Senolytikum eine Substanz, die berichtetermaßen selektiv Apoptose in seneszenten Zellen auslöst und normal proliferierende Zellen unversehrt lässt. Es ist eine mechanistische Beschreibung aus In-vitro- und Tierarbeiten, keine regulatorische Kategorie und keine Aussage über irgendeine Wirkung beim Menschen.

Ist eine senolytische Substanz als Arzneimittel zugelassen?

Nein. Zum Zeitpunkt der Abfassung besitzt kein Senolytikum eine Zulassung der EMA, der FDA oder einer anderen Behörde für irgendeine Indikation. FOXO4-DRI, Fisetin und die Kombination aus Dasatinib und Quercetin sind sämtlich Prüfsubstanzen. Dasatinib selbst ist ein zugelassenes onkologisches Arzneimittel, doch sein Einsatz als Senolytikum erfolgt außerhalb der Zulassung und experimentell.

Ist der Kauf senolytischer Forschungssubstanzen für Forschungszwecke in der EU legal?

FOXO4-DRI und Quercetin in Forschungsqualität werden innerhalb der EU als Laborchemikalien für In-vitro- und analytische Arbeiten geliefert, sofern sie nicht für die Anwendung am Menschen oder am Tier vermarktet oder gekennzeichnet werden. Die Rechtslage beruht auf dieser Einordnung. Einzelne Mitgliedstaaten können zusätzliche Auflagen vorsehen, und Käufer sind dafür verantwortlich, die Rechtslage in ihrem eigenen Rechtsraum zu prüfen und einen geeigneten Forschungskontext vorzuweisen.

Wie unterscheiden sich Peptid-Senolytika in der Literatur von niedermolekularen Senolytika?

Peptidkandidaten wie FOXO4-DRI sind darauf ausgelegt, eine bestimmte Protein-Protein-Wechselwirkung zu stören, was im Prinzip eine hohe Zielselektivität ergibt, aber die üblichen Peptidherausforderungen von Stabilität, Zelleintritt und Synthesekosten mit sich bringt. Kleine Moleküle wie Navitoclax wirken auf Proteine der BCL-2-Familie und sind einfacher zu synthetisieren und zu lagern, doch die Literatur verbindet sie mit breiterer Off-Target-Aktivität. Keine der beiden Klassen wird in den publizierten Arbeiten als eindeutig überlegen dargestellt.

Warum wird Quercetin fast immer gemeinsam mit Dasatinib untersucht?

Publizierte Arbeiten berichten, dass die beiden Substanzen unterschiedliche Typen seneszenter Zellen abdecken, wobei Dasatinib in manchen Populationen aktiv ist und Quercetin in anderen, weshalb die Kombination eingesetzt wird, um die Abdeckung in einem Assay zu erweitern. Arbeiten, die den D+Q-Cocktail beschreiben, behaupten in der Regel nicht, dass Quercetin allein senolytisch wirkt.

Wie sollten diese Substanzen gelagert werden?

Lyophilisierte Peptide bei minus 20 Grad Celsius, versiegelt und vor Licht geschützt. Rekonstituiertes Material aliquotiert und eingefroren, um Einfrier-Auftau-Zyklen zu vermeiden. Flavonoide in Braunglasbehältern mit frischen Arbeitslösungen. Halten Sie sich stets an die Lagerangabe des jeweiligen Analysenzertifikats statt an eine allgemeine Regel.

Wichtigste Erkenntnisse

• Senolytisch ist eine mechanistische Bezeichnung aus der präklinischen Literatur, die die selektive Apoptose seneszenter Zellen beschreibt, und keine regulatorische oder therapeutische Kategorie.
• Das Feld teilt sich in Peptidkandidaten wie FOXO4-DRI und kleine Moleküle wie Quercetin in Kombination mit Dasatinib, Fisetin und Navitoclax.
• Senomorphe Substanzen, die den SASP dämpfen, ohne die Zelle abzutöten, sind eine eigene Kategorie und sollten im Assay-Design nicht mit Senolytika vermischt werden.
• Die präklinische Datenlage ist gemischt, wobei manche Nagerarbeiten von Nachteilen durch die Entfernung seneszenter Zellen in bestimmten Geweben berichten, sodass das Feld tatsächlich offen bleibt.
• Kein Senolytikum ist irgendwo für irgendeine Anwendung zugelassen. Sämtliches hier besprochene Material wird ausschließlich als Forschungsreagenz geliefert.

Quellen

Quellen recherchiert über PubMed.

1. Baar MP, Brandt RMC, Putavet DA, et al. Targeted Apoptosis of Senescent Cells Restores Tissue Homeostasis in Response to Chemotoxicity and Aging. Cell. 2017;169(1):132-147.e16. DOI | PubMed
2. Ogrodnik M, Evans SA, Fielder E, et al. Whole-body senescent cell clearance alleviates age-related brain inflammation and cognitive impairment in mice. Aging Cell. 2021;20(2):e13296. DOI | PubMed
3. Born E, Lipskaia L, Breau M, et al. Eliminating Senescent Cells Can Promote Pulmonary Hypertension Development and Progression. Circulation. 2023;147(8):650-666. DOI | PubMed

Haftungsausschluss: Dieser Artikel dient ausschließlich Informations- und wissenschaftlichen Referenzzwecken und beschreibt publizierte präklinische Literatur. Alle genannten Produkte werden ausschließlich als Forschungschemikalien für den Laborgebrauch verkauft. Nur für Labor- und Forschungszwecke. Nicht zum Verzehr durch Menschen oder Tiere. Sie sind nicht für die Anwendung am Menschen oder am Tier bestimmt, und nichts hiervon stellt eine medizinische Beratung oder eine gesundheitsbezogene Aussage irgendeiner Art dar.