Pharmazeutische Zeitung online

Pharmazeutische Forschungsvielfaltin Tübingen

30.11.1998  00:00 Uhr

-Pharmazie

Govi-Verlag

ZDPHG-KONGRESS

Pharmazeutische Forschungsvielfalt in Tübingen

Traditionsgemäß bilden Plenarvorträge Gerüst und Rahmen der Jahrestagungen der Deutschen Pharmazeutischen Gesellschaft. Auch beim diesjährigen Kongreß vom 6. bis 8. November in Tübingen gaben sieben Plenarvorträge einen Eindruck von der Bandbreite der wissenschaftlichen Pharmazie.

Das Spektrum reichte von Polymer-Arzneimitteln bis zur Calcium-vermittelten Signaltransduktion im Alter und bei Demenz, von der gentechnologischen Variation von Polyketid-Synthasen zur Gewinnung neuer Antibiotika bis zur Pharmakotherapie der Prostatahyper-plasie, von Pulverinhalatoren bis zu Suramin und Epothilone.

Mit Polymeren in die Krebszelle

Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile; das gilt auch für polymere Antitumormittel. Diese neue Klasse von Krebstherapeutika entsteht durch die Bindung eines Zytostatikums an ein hydrophiles Polymer, das als Carrier fungiert. Ziel ist es, die Arzneistoffe gezielt in die Tumorzellen einzuschleusen und deren allgemeine Toxizität zu senken. Dieses Modell schlug Professor Dr. Helmut Ringsdorf von der Universität Mainz erstmals Mitte der siebziger Jahre vor. Inzwischen laufen klinische Studien in Phase I und II mit Doxorubicin-Polymeren, berichtete er in Tübingen.

Niedermolekulare Arzneistoffe diffundieren durch Membranen in die Zelle. Ein Polymer kann die Zelle jedoch nur durch Endozytose betreten. Dieser Prozeß ähnelt dem Freßvorgang bei Amöben. Das Makromolekül adsorbiert meist an die Membran, die sich einstülpt, das Polymer in ein Vesikel einschließt und im Zellinneren freigibt. Dort wird das eingeschleppte kleine Molekül durch lysosomale Enzyme abgetrennt. Die selektive Aufnahme der Polymere in Tumorzellen kann erstaunlich hoch sein, und die Polymere haben dort eine lange Verweilzeit, berichtete Ringsdorf. Dafür wird der EPR-Effekt (enhanced permeability and retention) verantwortlich gemacht.

Große Moleküle zirkulieren nach intravenöser Applikation wesentlich länger in den Blutgefäßen als niedermolekulare Stoffe. Die neu gebildeten Blutgefäße eines Tumors sind im allgemeinen jedoch durchlässiger für Makromoleküle. Außerdem verfügt Tumorgewebe häufig nicht über eine lymphatische Drainage, so daß sich eingedrungene Moleküle anhäufen können. Schließlich ist die Endozytoserate im Tumorgewebe meist erhöht. Man erreicht so bis zu 1000fach höhere Konzentrationen als mit freien Wirkstoffen. Natürlich muß das Makromolekül klein genug sein für die renale Ausscheidung.

In klinischer Prüfung befinden sich HPMA-Doxorubicin-Systeme. Das Zytostatikum ist gebunden an Hydroxypropyl-methacrylamide; es entsteht ein stark mizellbildendes System mit einem Molekulargewicht von 20000 bis 30000. Das Polymer wird bevorzugt in die Tumorzelle aufgenommen, wo der Wirkstoff enzymatisch abgespalten wird. Da die allgemeine Toxizität sinkt, kann man höhere Dosen applizieren. In den Studien wurden bis zu 320 mg/m² - die übliche Dosis liegt bei 50 bis 75 mg/m² - gegeben. Ähnlich gute Effekte erzielte man mit Polymer-gebundenen Platinderivaten.

Ein zellspezifisches Targeting erreicht man durch Anknüpfen weiterer Moleküle, zum Beispiel Galaktose, die mit Rezeptoren auf Leberzellen interagiert. Dieses Molekül bringt seine Doxorubicin-Fracht zum großen Teil in Leberzellen ein. Auch hiermit laufen Phase-I/II-Studien.

Epothilone auf dem Weg in die Krebstherapie

Was haben Eibe, Schwämme, eine Korallenart und Myxobakterien gemeinsam? Sie produzieren die vier derzeit bekannten Naturstoffe, die die Mikrotubuli während der Zellteilung so stabilisieren, daß die Mitose (Kernteilung) unterbrochen und die Zelle in den Tod durch Apoptose getrieben wird. Taxol ist die prominenteste Substanz, die weiteren sind Eleutherobin, Discodermolide und die Epothilone, berichtete Professor Dr. Gerhard Höfle von der Gesellschaft für Biotechnologische Forschung in Braunschweig.

Myxobakterien produzieren viele antifungische Stoffe, die meist auch cytotoxisch wirken, unter anderem Disorazol, Ratjadon, Chondramid und Epothilone. Dieser Name setzt sich zusammen aus den wichtigsten Strukturmerkmalen des Makrolids: Epoxid, Thiazol und Keton. Ende 1995 wurde die absolute Konfiguration aufgeklärt und Synthesechemikern zugänglich gemacht. Die Abbildung 1 zeigt die Röntgenstruktur. Heute ist eine ganze Reihe von Totalsynthesen veröffentlicht.

Hauptprodukte des bakteriellen Polyketid-Stoffwechsels sind Epothilon A und B, die sich nur durch eine Methylgruppe am Epoxidring unterscheiden. Durch eine natürliche Fehlerrate des Schlüsselenzyms, der Polyketid-Synthase, entstehen zahlreiche strukturell geringfügig veränderte Nebenprodukte. Die cytotoxisch aktivste Substanz ist jedoch das methylierte Epothilon B (IC50 0,2 ng/ml). Im Screening am National Cancer Institute wirkte es selektiv gegen Zellen aus Brust- und Dickdarmtumoren.

Die Hoffnung, das Molekül wegen seiner gegen Oomyceten gerichteten antifungalen Wirkung zur Bekämpfung der Knollenfäule der Kartoffel einsetzen zu können, erlosch bald: Es wirkt phytotoxisch und somit herbizid.

Epothilon B hat gegenüber dem Eibenstoff mehrere Vorteile: Es stabilisiert die Mikrotubuli schneller und in geringeren Konzentrationen (Abbildungen 2 und 3). Außerdem wirkt es gegen Taxol-resistente Zellinien und sogar solche mit mutiertem ß-Tubulin-Gen. Es ist etwa 30mal besser wasserlöslich und durch Fermentation nahezu unbegrenzt herstellbar. Wo viel Licht ist, gibt’s auch Schatten: Epothilon B hat nach Ergebnissen von S. Danishefsky eine geringere therapeutische Breite als Taxol - Grund genug für die Chemiker, nach besseren Derivaten zu suchen. Hier ist ein Forschungswettlauf entbrannt, berichtete Höfle.

Doch fast alle Abwandlungen zerstören die Wirksamkeit, konstatierte der organische Chemiker und zeigte eine Fülle von trickreichen Eingriffen in das komplexe Molekül. Die einzigen Struktur-elemente, die ohne großen Wirkverlust modifiziert werden können, sind der 2-Methylthiazolring und das Epoxid. Beide Methylgruppen können dort gegen Ethyl- oder maximal Propylgruppen getauscht werden. Das Thiazol kann durch Oxazol ersetzt und das Epoxid in ein Episulfid verändert werden. Veränderungen am 16-gliedrigen Lactonring oder gar Spaltung des Lactons führen zu umwirksamen Molekülen.

Allen chemischen Bemühungen zum Trotz hat die Natur den aktivsten Wirkstoff offenbar bereits selbst gefunden. Dennoch war Höfle optimistisch, daß erste klinische Studien mit einem zwar weniger aktiven, aber besser verträglichen Derivat im nächsten oder übernächsten Jahr beginnen können.

Neuronale Calcium-Signale im Alter und bei Demenz

Freies Calcium ist der wichtigste intrazelluläre Signalstoff. Seine Konzentration im Zellinneren - 100 nmolar - ist etwa 10 000fach geringer als extrazellulär. Professor Dr. Walter Müller aus Frankfurt stellte in Tübingen eine aktuelle Hypothese vor: Die Veränderung der freien Calcium-Konzentration in der Zelle soll eine wichtige Rolle spielen für die normale Hirnalterung, aber auch bei der Alzheimer-Demenz.

Tatsächlich ist die freie Calcium-Konzentration in alternden Neuronen eher erniedrigt; jedoch sind die Zellen empfindlicher für Veränderungen des Calcium-Spiegels. Dies konnte Müller in eigenen Untersuchungen an Humanlymphozyten und -granulozyten sowie an Hirnzellen von Ratte und Maus nachweisen. Möglicherweise regulieren alternde Zellen die intrazelluläre Calcium-Konzentration auf ein niedrigeres Niveau herunter, da sie weniger Kapazität zur Feinregulierung haben.

An Granulozyten und Lymphozyten von fünfzig Alzheimer-Patienten und einer Kontrollgruppe gesunder älterer Menschen untersuchte die Arbeitsgruppe, ob die Calcium-Signale bei Demenzpatienten grundsätzlich verändert sind. Hinsichtlich der freien Calcium-Konzentra-tion - auch nach Stimulation - gab es keine größeren Unterschiede zwischen Zellen von dementen und alten Menschen. In Lymphozyten dementer Patienten stieg jedoch das Calcium-Signal nach Stimulation langsamer an (verzögerte Antwort). Anders bei Patienten mit vaskulär bedingter Demenz: Das Signal kam nicht verzögert.

Man spekuliert, so Müller, daß eine Zelle mit Calcium-Werten unterhalb der Norm bei Verletzung eher mit Apoptose, bei hohen Spiegeln jedoch mit Nekrose reagiert. Verglich man Lymphozyten von Patienten mit Alzheimer- oder vaskulärer Demenz mit denen alter Menschen, so fand man in der Alzheimer-Gruppe wesentlich mehr apoptotisch gezeichnete Zellen. Nach experimentell erzeugtem oxidativen Streß stieg die Apoptose-Rate deutlich an. Dies beweise aber noch keine Kausalität mit den Calcium-Konzentrationen, gab Müller zu bedenken.

Auch der Effekt genetischer Mutationen auf das Calcium-Signal läßt sich experimentell nachweisen. Dazu bedient man sich transgener Mäuse, die das Präsenilin-1-Gen tragen, entweder als Wildtyp oder mit ein- oder mehrfacher Mutation. Dieses Gen löst im Träger quasi im Zeitraffer die Alzheimer-Demenz aus; die Menschen erkranken relativ jung. In Lymphozyten von Mäusen, die ein besonders "bösartiges" Gen tragen, trat das Calcium-Signal nach Stimulation deutlich verzögert ein. Mit Einzelzellmessungen will man im Frankfurter Institut nun der Frage nachgehen, ob alle Lymphozyten eines Alzheimer-Patienten gleich reagieren oder ob nur einzelne Zellen verändert sind.

Alt, aber nicht veraltet: Suramin

Nicht immer sind alte Arzneistoffe obsolet, manche sorgen immer wieder für Überraschungen. Das gilt auch für den ersten schwermetall-freien synthetischen Wirkstoff Suramin. Nach wie vor wird es zur Therapie der Schlafkrankheit und der Flußblindheit eingesetzt; zudem wurde es als Leitstruktur für neue Antitumorsubstanzen und als Antagonist am P2-Purinozeptor erkannt.

Lebensraum für das "Volk ohne Raum" erhoffte man sich im Deutschland der Jahrhundertwende von den Kolonien. Das politische Motiv spornte Forscher wie Paul Ehrlich an, auch nach Medikamenten gegen Tropenkrankheiten zu suchen. Mit Trypanrot fand man erstmals einen Stoff, der mit Trypanosomen infizierte Mäuse heilen konnte. Die Erreger Trypanosoma gambiense und rhodesiense werden durch die Tsetse-Fliege übertragen und lösen die Schlafkrankheit aus (Abbildungen 4 und 5).

Die weitere Entwicklung in den Bayer-Laboratorien führte zum Suramin, das 1920 unter Geheimhaltung der Struktur in den Handel kam (Bayer 205, Germanin®). Bereits nach vier Jahren wurde die Strukturformel des komplexen Diphenylharnstoffs veröffentlicht - eine großartige Forschungsleistung, wie Professor Dr. Peter Nickel aus Bonn beim DPhG-Kongreß betonte.

1947 erkannte man, daß mit Suramin auch die Flußblindheit (Onchozerkose) behandelt werden kann. Bis heute ist Suramin der einzige Wirkstoff zur Heilung dieser tropischen Wurmerkrankung. Trotz intensiver Suche im Rahmen eines WHO-Programms von 1976 wurde keine effektivere Substanz gefunden, berichtete Nickel von eigenen Forschungen. Dafür konnte man den Wirkmechanismus klären: Das Molekül hemmt Enzyme des Glucosestoffwechsels.

Spannend wurde es 1979 - also vor der Zidovudin-Ära -, als sich Suramin als potenter Inhibitor der Reversen Transkriptase in RNA-Viren entpuppte. In vitro zeigten sich deutliche Struktur-Wirkungsbeziehungen der Analoga, doch in vivo folgte die Enttäuschung: Das Molekül ist viel zu toxisch für eine Langzeitanwendung.

1990 wurde das alte Germanin zum Prototyp einer neuen Generation von Antitumorstoffen. Es hemmt selektiv bestimmte Wachstumsfaktoren und die Gefäßneubildung (Angiogenese) in Tumoren. Ohne Blutversorgung sterben Tumoren ab und können vor allem nicht metastasieren. Im Screening mit mehr als 200 Analoga waren einige Derivate mit Sulfon- oder Phosphonsäureresten relativ gut wirksam. Suramin wird heute als wichtige Leitstruktur für Angiogenese-Hemmstoffe angesehen, resümierte Nickel.

Damit ist das Potential nicht erschöpft. 1988 wurde der Arzneistoff als reversibler Antagonist am P2-Purinozeptor beschrieben. An diesen Rezeptor, von dem man heute mehrere Subtypen kennt, binden die endogenen Phosphate ATP und ADP. Viele "alte" Sulfonsäure-Farbstoffe entpuppten sich als P2-Antagonisten. Die Suramin-Analoga NF 023 und NF 279 binden relativ selektiv an den Subtyp P2x . Da P2-Rezeptoren an vielfältigen Funktionen im Körper beteiligt sind, ergeben sich diverse potentielle Indikationen für die Antagonisten: Blaseninkontinenz, Hypertonie, Thrombose, Schmerz, Magen-Darmstörungen wie Durchfall und Verstopfung. Ganz neu sind Befunde, die einen Einsatz als lokales Kontrazeptivum möglich erscheinen lassen.

Pulver gegen Asthma

Die Diskussion um die Fluorchlorkohlenwasserstoffe und die Probleme mancher Patienten mit Dosieraerosolen haben Technologen und Techniker auf den Plan gerufen. Die ersten Pulverinhalatoren wurden in den siebziger Jahren entwickelt und bieten eine Alternative zu den schon 1955 erfundenen Dosieraerosolen. Sie erlauben auch den Patienten, die Sprühstoß und Atmung nicht richtig koordinieren können, eine korrekte Anwendung.

Die gängigen Modelle sind entweder Mehrdosen-Einmalgeräte, die nach Aufbrauchen der Wirkstoffmenge weggeworfen werden, oder wiederbefüllbare Einzeldosis-Systeme. Ziel der Industrie war es, ein Multidose-Device zu entwickeln. Dr. Elisabeth Wolf-Heuss, Leiterin der Pharmazeutischen Entwicklung bei Asta Medica, stellte in Tübingen den Anforderungskatalog vor. Das wiederbefüllbare Mehrdosenbehältnis soll die Restdosis und das korrekte Inhalieren anzeigen, für verschiedene Arzneistoffe und Arzneistoffmengen geeignet sein, einen hohen inhalierbaren Anteil an Pulverpartikeln erzeugen, handlich klein und weltweit zulassungsfähig sein - und nicht zuletzt einen konkurrenzfähigen Preis haben.

Der entwickelte Pulverinhalator erreichte in einer Untersuchung mit Budesonid-Befüllung eine hohe Lungendeposition von 30 Prozent der Dosis bei einem Inhalationsstrom von 90 l/min. Die Deposition sei nicht abhängig vom Inhalationsstrom, betonte Wolf-Heuss. Bei gleicher inspiratorischer Anstrengung erreichten mehr Teilchen die Lunge als bei einem handelsüblichen Vergleichsgerät. Nach aktuellem Recht gilt der Inhalator als Medizinprodukt der Klasse 1 und trägt ein CE-Zeichen.

Auf dem Gebiet des Drug-delivery in die Lunge wird viel geforscht. In Phase-II-Studien befinden sich Systeme mit Insulin, Calcitonin und Parathormon sowie mit Morphin und Fentanyl. Die Gentherapie via Lunge ist noch im präklinischen Stadium.

PZ-Artikel von Brigitte M. Gensthaler, Tübingen

Top

© 1997 GOVI-Verlag
E-Mail:
redaktion@govi.de

Mehr von Avoxa