Arzneistoffe

Alkylanzien

Alkylanzien übertragen über reaktive Elektrophile Alkylgruppen auf die DNA und vernetzen sie. Den Kern bilden die Aziridinium-Chemie der Stickstofflost-Derivate, die CYP-Aktivierung des Cyclophosphamids bis zum Acrolein und die Begründung der Mesna-Gabe.

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  • Einordnung: Alkylanzien sind zyklusunspezifische, DNA-schädigende Zytostatika mit fünf Untergruppen von Stickstofflost bis Triazen.
  • Mechanismus: Ein Aziridinium- oder Carbeniumion alkyliert vor allem N7-Guanin; bifunktionelle Stoffe vernetzen die DNA, was Replikation blockiert und Apoptose auslöst.
  • Prodrug-Aktivierung: Cyclophosphamid wird über CYP2B6 4-hydroxyliert, Aldophosphamid zerfällt in der Zelle zu Phosphoramid-Lost und Acrolein.
  • Acrolein und Mesna: Acrolein verursacht die hämorrhagische Zystitis; Mesna bindet es im Harn als Thioether, ohne die Antitumorwirkung zu stören.
  • Unterschiede: Ifosfamid bildet mehr neuro- und nephrotoxischen Chloracetaldehyd, Temozolomid ist oral und ZNS-gängig und hängt vom MGMT-Status ab, Busulfan dient der Konditionierung.
  • Langzeitrisiken: Gonadotoxizität, Sekundärleukämien und Lungenfibrose (Busulfan, Carmustin).
  • KI und WW: Schwangerschaft kontraindiziert; CYP-Induktoren und -Inhibitoren verändern die Aktivierung der Oxazaphosphorine.

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Überblick

Alkylanzien sind DNA-schädigende Zytostatika. Sie bilden Elektrophile, die Alkylgruppen kovalent auf nukleophile Zentren der DNA übertragen (Alkylierung), bevorzugt auf N7 des Guanins. Sie wirken zyklusunspezifisch und sind selbst mutagen. Den allgemeinen Rahmen beschreibt Zytostatika allgemein. Platinverbindungen wirken ähnlich, sind aber keine Alkylanzien.

  • Stickstofflost-Derivate: Bis(2-chlorethyl)amin (Stickstofflost) als bifunktionelle Gruppe.
  • Oxazaphosphorine: zyklische Phosphorsäurediamide des Losts, inaktive Prodrugs.
  • Alkylsulfonate: Methansulfonat als Abgangsgruppe.
  • Nitrosoharnstoffe: spontaner Zerfall, lipophil.
  • Triazene: monofunktionell methylierend.

Typischer Vertreter ist Cyclophosphamid, das am breitesten eingesetzte Oxazaphosphorin.

Strukturformel von Cyclophosphamid
Cyclophosphamid
Oxazaphosphorin · Leitsubstanz
  • Prinzip: Prodrug eines bifunktionellen Stickstofflosts, vernetzt die DNA.
  • Kinetik: hepatische Aktivierung v. a. über CYP2B6, oral und i. v.
  • Einsatz: Lymphome, Mammakarzinom, Konditionierung, schwere Autoimmunerkrankungen.
  • Besonderheit: Metabolit Acrolein → hämorrhagische Zystitis, daher Mesna.

Vertreter

Die Vertreter unterscheiden sich darin, wie das Elektrophil entsteht (CYP-Aktivierung oder spontan), wie viele Arme alkylieren und wohin sie sich verteilen. Daraus folgen Applikation, Organtoxizität und Indikation.

Wirkstoffe
Strukturformel von Cyclophosphamid
Oxazaphosphorine Cyclophosphamid CYP2B6-Prodrug
Strukturformel von Ifosfamid
Oxazaphosphorine Ifosfamid mehr Chloracetaldehyd
Strukturformel von Melphalan
Stickstofflost-Derivate Melphalan Aminosäure-Carrier
Strukturformel von Bendamustin
Stickstofflost-Derivate Bendamustin Benzimidazol-Hybrid
Strukturformel von Busulfan
Alkylsulfonat Busulfan myeloablativ
Strukturformel von Carmustin
Nitrosoharnstoff Carmustin lipophil, ZNS-gängig
Strukturformel von Temozolomid
Triazen Temozolomid oral, spontan aktiviert

Wirkmechanismus

Beim Stickstofflost greift das freie Elektronenpaar des Stickstoffs intramolekular das β-Kohlenstoffatom an, Chlorid tritt aus und es entsteht ein gespanntes, stark elektrophiles Aziridiniumion. Nitrosoharnstoffe liefern Chlorethyl-Carbeniumionen, Triazene Methyldiazoniumionen.

Reaktionsschema: Stickstofflost bildet ein Aziridiniumion, das N7 eines Guanins alkyliert; der zweite Chlorethylarm verbindet sich mit einem Guanin des Gegenstrangs

Vom Stickstofflost zur DNA-Quervernetzung über Aziridiniumion und N7-Guanin-Alkylierung; rechts das monofunktionelle Temozolomid mit O6-Methylguanin und Reparatur durch MGMT.
  1. Aktivierung: Aziridinium- oder Carbeniumion entsteht.
  2. Alkylierung: Angriff vor allem an N7-Guanin, daneben O6-Guanin und N3-Adenin.
  3. Quervernetzung: bifunktionelle Stoffe alkylieren mit dem zweiten Arm ein weiteres Guanin → Interstrang- (stark zytotoxisch) oder Intrastrang-Vernetzung (DNA-Quervernetzung).
  4. Folgen: Strangtrennung und Replikation blockiert, Strangbrüche → p53-vermittelte Apoptose.

Monofunktionelle Stoffe wie Temozolomid vernetzen nicht. Ihr entscheidendes Addukt O6-Methylguanin paart mit Thymin, die Mismatch-Reparatur läuft ins Leere und erzeugt Doppelstrangbrüche. Resistenz entsteht durch DNA-Reparatur und durch Abfangen der Elektrophile mit Glutathion (Glutathion-S-Transferasen).

📖 Definition: MGMT

Die O6-Methylguanin-DNA-Methyltransferase überträgt die Alkylgruppe von O6-Guanin auf ein eigenes Cystein und wird dabei verbraucht. Ist ihr Promotor im Tumor methyliert, wirken Temozolomid und Nitrosoharnstoffe besser.

Wirkungen und Anwendung

Alkylanzien sind zytotoxisch und, weil Lymphozyten besonders empfindlich sind, immunsuppressiv.

  • Hämatologische Neoplasien: Lymphome und CLL (Cyclophosphamid, Bendamustin), Multiples Myelom (Melphalan).
  • Solide Tumoren: Mammakarzinom (Cyclophosphamid), Sarkome und Keimzelltumoren (Ifosfamid).
  • Hirntumoren: Glioblastom (Temozolomid mit Strahlentherapie), Gliome (Carmustin); Temozolomid auch bei aggressiven, anders nicht behandelbaren Prolaktinomen.
  • Konditionierung: Hochdosis-Melphalan, Busulfan oder Cyclophosphamid vor Stammzelltransplantation, weil hier Myeloablation das Ziel ist; Cyclophosphamid auch zur Lymphodepletion vor CAR-T-Zellen.
  • Autoimmunerkrankungen: Cyclophosphamid bei organbedrohenden Kollagenosen und proliferativer Lupusnephritis, wegen Gonadotoxizität schweren Fällen vorbehalten.

Pharmakokinetik

Cyclophosphamid selbst ist inert: Die Phosphorylgruppe zieht Elektronendichte vom Lost-Stickstoff ab, ein Aziridiniumion kann sich nicht bilden. Erst im Phosphoramid-Lost ist die Gruppe als Anion so wenig elektronenziehend, dass der Stickstoff reagiert.

  1. 4-Hydroxylierung: in der Leber v. a. durch CYP2B6 → 4-Hydroxycyclophosphamid, im Gleichgewicht mit Aldophosphamid.
  2. Spontane β-Eliminierung: in der Zelle zerfällt Aldophosphamid in Phosphoramid-Lost (alkylierend) und Acrolein (urotoxisch).
  3. Entgiftung: Aldehyddehydrogenase oxidiert Aldophosphamid zu inaktivem Carboxyphosphamid; ALDH-reiche hämatopoetische Stammzellen werden so geschont.

Reaktionsschema der Cyclophosphamid-Aktivierung mit den Produkten Phosphoramid-Lost, Acrolein und Carboxyphosphamid sowie der Addition von Mesna an Acrolein

Aktivierung des Cyclophosphamids und Entgiftung des Acroleins durch Mesna
  • Ifosfamid: v. a. CYP3A4, langsamer aktiviert, mehr N-Dechlorethylierung → Chloracetaldehyd.
  • Temozolomid: oral fast vollständig bioverfügbar, zerfällt bei physiologischem pH ohne CYP zum Methyldiazoniumion.
  • Liquorgängig: Carmustin (lipophil, ungeladen) und Temozolomid; auch Busulfan, daher Krampfanfälle.

Unerwünschte Wirkungen

Neben den Klasseneffekten aller Zytostatika prägen reaktive Metaboliten und die Mutagenität das Profil.

UAW warum
Blut
Myelosuppression proliferierendes Knochenmark, Klasseneffekt (Zytostatika allgemein)
ZNS
Übelkeit, Erbrechen dosisabhängig, Hochdosis-Cyclophosphamid hoch emetogen (CINV)
Blase
Hämorrhagische Zystitis Acrolein im Harn schädigt das Urothel
ZNS · Niere
Enzephalopathie, Tubulusschaden Chloracetaldehyd (Ifosfamid)
Sexualität
Gonadotoxizität Keimzellen teilen sich → Infertilität
Blut
Sekundäre AML, MDS mutagen, nach Jahren
Atmung
Lungenfibrose Busulfan, Carmustin, kumulativ

Die Mesna-Uroprotektion ist bei Ifosfamid obligat, bei Cyclophosphamid in hoher Dosis; das Toxizitätsmanagement ergänzt Hydratation.

Prüferinnenfrage
Warum schwächt Mesna die Antitumorwirkung nicht ab?
Antwort anzeigen

Mesna (2-Mercaptoethansulfonat) wird im Blut zum inaktiven Disulfid Dimesna oxidiert und erst im Tubulus wieder zum freien Thiol reduziert. Im Harn addiert die SH-Gruppe an die Doppelbindung des Acroleins (Michael-Addition) zu einem untoxischen Thioether. Die Sulfonatgruppe hält Mesna so polar, dass es kaum in Zellen gelangt und das Phosphoramid-Lost nicht abfängt.

⚠️ Achtung: Grenze von Mesna

Mesna schützt nur die Blase. Gegen die Chloracetaldehyd-Toxizität von Ifosfamid an ZNS und Niere hilft es nicht.

Kontraindikationen und Wechselwirkungen

Kontraindikationen folgen aus Mutagenität und Myelotoxizität, Wechselwirkungen vor allem aus der Prodrug-Aktivierung.

  • Schwangerschaft und Stillzeit: teratogen und mutagen; zuverlässige Kontrazeption für beide Geschlechter, auch nach Therapieende (Schwangerschaft und Stillzeit).
  • Harnabflussstörung, Zystitis: bei Oxazaphosphorinen, weil Acrolein länger am Urothel verweilt.
  • CYP-Induktoren (Rifampicin, Carbamazepin, Johanniskraut): schnellere Aktivierung → mehr toxische Metaboliten, bei Ifosfamid mehr Chloracetaldehyd.
  • CYP-Inhibitoren (Azol-Antimykotika, Clarithromycin): verzögerte Aktivierung → Wirkverlust möglich.
  • Additive Myelotoxizität: andere Zytostatika, Strahlentherapie; Lebendimpfstoffe meiden.

Unterschiede innerhalb der Klasse

Kleine Strukturänderungen verschieben Aktivierung, Verteilung und Toxizität deutlich.

Strukturformeln von Cyclophosphamid und Ifosfamid mit unterschiedlicher Lage eines Chlorethylarms sowie Bendamustin mit Benzimidazolkern

Strukturvergleich: Cyclophosphamid, Ifosfamid und Bendamustin
Wirkstoff Merkmal Konsequenz
Cyclophosphamid beide Chlorethylarme am exozyklischen N rasche Aktivierung, kaum neurotoxisch
Ifosfamid ein Arm an den Ring-N verschoben (Isomer) mehr Chloracetaldehyd, Mesna immer
Bendamustin Lost plus purinähnliches Benzimidazol unvollständige Kreuzresistenz, anhaltende CD4-Lymphopenie
Temozolomid Imidazotetrazin, monofunktionell oral, ZNS-gängig, besser bei methyliertem MGMT-Promotor
Busulfan Alkylsulfonat, trifft Stammzellen myeloablativ → Konditionierung, Spiegel per TDM

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wie in der mündlichen Prüfung iBei „Prüferin fragt“ antwortest du erst selbst, laut oder im Kopf, deckst dann die Antwort auf und hakst ab, welche Kernpunkte du genannt hast. Danach kommen Nachfragen wie in der echten Prüfung. Die übrigen Karten (Zuordnen, Reihenfolge, Warum, Richtig oder falsch) prüfen das Wissen, das du dafür brauchst.

Reihenfolge

Aussage 2

Ifosfamid ist ein Strukturisomer des Cyclophosphamids, bei dem ein Chlorethylarm an den Ring-Stickstoff verschoben ist.

Diese Verschiebung verlangsamt die 4-Hydroxylierung und begünstigt die N-Dechlorethylierung zu Chloracetaldehyd.

Aussage 3

CYP-Inhibitoren verstärken die Wirkung von Cyclophosphamid.

Cyclophosphamid ist ein Prodrug. CYP-Inhibitoren verzögern die Aktivierung, sodass eher ein Wirkverlust droht.

Aussage 4

Stickstofflost-Derivate alkylieren die DNA über ein intramolekular gebildetes Aziridiniumion.

Das freie Elektronenpaar des Stickstoffs greift das β-Kohlenstoffatom an, Chlorid tritt aus, das gespannte Aziridiniumion ist das eigentliche Elektrophil.

Warum?

Aussage 6

Mesna verhindert auch die Ifosfamid-Enzephalopathie.

Mesna bindet Acrolein im Harn und schützt nur die Blase. Die Enzephalopathie geht auf Chloracetaldehyd zurück, gegen den Mesna nicht hilft.

Aussage 7

Temozolomid muss wie Cyclophosphamid durch CYP-Enzyme in der Leber aktiviert werden.

Temozolomid zerfällt bei physiologischem pH ohne CYP zum Methyldiazoniumion. CYP-abhängig sind die Oxazaphosphorine.

Wer bin ich?

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