Krankheiten wie Krebs können künftig noch effektiver medikamentös behandelt werden – mit photopharmakologischen Arzneimitteln. Diese Medikamente sind mit einem molekularen „Lichtschalter“ ausgestattet: Ein Lichtimpuls aktiviert einen Wirkstoff, sobald er an der richtigen Stelle im Körper angekommen ist. Mit einem weiteren Lichtimpuls lässt er sich auch wieder ausschalten. Dieses Verfahren reduziert mögliche Nebenwirkungen und Resistenzen, etwa gegenüber Antibiotika.

Schweizer Forschende des Paul Scherrer Instituts (PSI) machen aus herkömmlichen Wirkstoffen lichtsensible, indem sie ein Schaltermolekül einbauen, das auf Licht reagiert. Eine Brücke aus zwei Stickstoffatomen ergänzt das modifizierte Molekül und macht es besonders lichtaktiv. Im inaktiven Zustand hält die sogenannte Azobrücke die verbundenen Molekülbestandteile zu einer länglichen Kette gestreckt. Auf den Lichtimpuls hin biegt sich die Verbindung und bringt beide Kettenenden näher zueinander – wie ein Muskel, der sich reflexartig zusammenzieht und dabei ein Gelenk beugt. Das Entscheidende: In der lang gestreckten Form passt das Molekül nicht in die Proteinoberfläche, an die das Molekül andocken muss, um seine Wirkung zu entfalten. In der gebeugten Form aber passt es wie ein Schlüssel im Schloss.

Arzneimitteln beim Wirken zusehen
Dass dieser Prozess dynamisch abläuft, zeigt das PSI in einem Film zum molekularen Mechanismus dieser neuartigen Medikamente. Er wurde mithilfe des Schweizer Freie-Elektronen-Röntgenlasers SwissFEL und der Synchrotron Lichtquelle Schweiz SLS gedreht.