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Exzellente Forschung zum 27. Mal belohnt

Drei der vier mit dem 27. Merckle-Forschungspreis ausgezeichneten Wissenschaftler der Universität Ulm beschäftigen sich mit lebenswissenschaftlichen Fragen. Die mit je 5.000 Euro dotierten Preise erhielten Richard Schlenk, Bernd Baumann und Dirk Volkmer.

Ausgezeichnet wurde für seine Beiträge zur Leukämie-Forschung der Mediziner Richard Schlenk (Klinik für Innere Medizin III). Er hatte in einer Studie gezeigt, dass bestimmte Genveränderungen oder deren Kombination vorhersagen, wie gut Patienten mit akuter myeloischer Leukämie (AML) auf eine Chemotherapie ansprechen, wie hoch die Wahrscheinlichkeit eines Rückfalls ist und wie gut die Heilungschancen sind.

Molekulargenetische Technik erlaubt bessere Prognosen

Preisträger Dr. Richard Schlenk. (Foto: UK Ulm)
AML ist die häufigste Form der akuten Leukämien im Erwachsenenalter. Zur Prognose der Heilungschancen einzelner Patienten werden seit Langem die chromosomalen Veränderungen in den Leukämiezellen untersucht. Herkömmliche Diagnosen mit Hilfe der klassischen Bänderungsanalyse erkennen aber bei jedem zweiten AML-Patienten keine Mutationen. In diesen Fällen wird die Leukämie als AML mit normalem Karyotyp klassifiziert.

Was Lichtmikroskopen misslingt, ist molekulargenetischen Techniken gelungen: Veränderungen in verschiedenen Genen bei der AML mit normalem Karyotyp zu entschlüsseln und auf ihre klinische Bedeutung hin zu untersuchen. Maßgeblich beteiligt daran waren auch Mitarbeiter der Klinik für Innere Medizin III des Ulmer Uniklinikums in Zusammenarbeit mit Kollegen von der Medizinischen Hochschule Hannover.

Schlenks Ergebnisse zeigten, dass Patienten mit prognostisch ungünstigen Genmutationen nach einer Knochenmark- oder Blutstammzell-Transplantation vom Familienspender höhere Heilungschancen haben, wohingegen Patienten mit vorhergesagten günstigen Genveränderungen nicht von dieser intensiven Therapie profitieren. Die in dieser Studie identifizierten Genveränderungen und deren prognostische Wertigkeit wurden in der aktuellen AML-Klassifikation der WHO berücksichtigt.

Wie arbeiten Genregulatoren in kranken Zellen?

Preisträger Dr. Bernd Baumann. (Foto: Uni Ulm)
Ausgezeichnet wurde Bernd Baumann vom Institut für physiologische Chemie für die Entwicklung transgener Mausmodelle. Damit lassen sich die Funktionen bestimmter Genregulatoren (NF-κB) bei Schlaganfall und Pankreatitis untersuchen.

Die in nahezu allen Körperzellen nachgewiesenen NF-κB-Proteine steuern die Gen-Expression und sind bei vielen Erkrankungen fehlgesteuert. Baumann gelang es, transgene Mausstämme zu erzeugen, in denen sich diese Genregulatoren ausschließlich in krankheitsrelevanten Nervenzellen und pankreatischen Azinuszellen von außen und beinahe jederzeit beliebig verändern lassen.

Diese hochselektive Modulierung ist deshalb vorteilhaft, weil das Ausschalten dieser Regulatoren in allen Zellen schwerwiegende bis tödliche Folgen für den Organismus hätte.
Transgene Mausmodelle mit aktivem und inaktivem System zur Modulation der NF- B Aktivität in Neuronen des Gehirns (links) und Azinuszellen des Pankreas (rechts). (Foto: Uni Ulm)
Transgene Mausmodelle mit aktivem und inaktivem System zur Modulation der NF-κB Aktivität in Neuronen des Gehirns (links) und Azinuszellen des Pankreas (rechts). (Foto: Uni Ulm)
Dank des Mausmodells lässt sich verstehen, wie diese Genregulatoren eingreifen, woraus Therapien entwickelt werden können, ohne die physiologischen Funktionen von NF-κB zu beeinträchtigen. Vorteilhaft ist, dass direkt am lebenden Tier überprüft werden kann, ob die Maschinerie zur Modulation von NF-κB im gewünschten Organ aktiv ist.
Baumann stellte fest, dass die Nervenzellen der Mäuse bei überaktiviertem NF-κB stärker geschädigt werden und weit mehr absterben als üblich. Umgekehrt überlebten geschädigte Neuronen bei blockiertem NF-κB besser und erholten sich sogar und waren auch Tage nach dem Schlaganfall noch am Leben.

Einsatz von hemmenden Wirkstoffen wird überprüft

Unklar ist nach Baumanns Worten noch der Einfluss von NF-κB bei Entstehung und Verlauf der akuten Pankreatitis. Dank der Mausmodelle wies Baumann nach, dass sich eine experimentelle Pankreatitis durch genetische NF-κB-Blockade in pankreatischen Azinuszellen beträchtlich abmildern lässt. Versuche ergaben, dass eine gezielte genetische Aktivierung von NF-κB in Azinuszellen alleine ausreicht, um eine Pankreatitis auszulösen.
Auf Grundlage dieser Ergebnisse wird bei Schlaganfall und akuter Pankreatitis der therapeutische Einsatz von Wirkstoffen, die diese Genregulatoren hemmen, überprüft. In diesem Zusammenhang untersucht Baumanns Arbeitgruppe, was eine langfristige Modulation der NF-κB-Aktivität für die Physiologie von Neuronen und Azinuszellen bewirkt.

Der Natur abgeschaut: Biomimetische Materialien

Prof. Dirk Volkmer (Foto: Uni Ulm)
Der Chemiker Dirk Volkmer (Institut für anorganische Chemie II der Universität Ulm) erhielt den Merckle-Forschungspreis für die Entwicklung biomimetischer Materialien. Seine Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit der Übertragung biologischer Strukturen und Synthesen auf technische Systeme.
Biologische Organismen haben im Laufe der Evolution eine Fülle von Materialien entwickelt, die als Vorlage für neuartige Konstruktionswerkstoffe, aber auch für Anwendungen in der Medizin, interessant erscheinen. Biomimetische Materialien zeichnen sich in der Regel durch multifunktionelle Eigenschaften aus, die immer eine (sinnvolle) Kompromisslösung darstellen. Die Natur, so Volkmer, verwendet wenige, leicht verfügbare Bausteine, die sie nach dem Baukastenprinzip zu neuartigen Materialien kombiniert. Dabei spielt oftmals die gezielte Modifizierung von Grenzflächen eine entscheidende Rolle.

Dem Rätsel von Perlmutt auf der Spur

Ein anschauliches Beispiel für derartige Strategien liefert die Biomineralisation. Mineralisierte Hartgewebe sind im Tierreich weit verbreitet, Beispiele dafür sind die Knochen der Wirbeltiere oder Schalen der Weichtiere.

Speziell die auffällig irisierende Innenseite der Muschelschalen hat es in sich: Diese besteht aus Perlmutt, einem Kompositmaterial aus Aragonit und einem sehr geringen, aber entscheidenden Anteil spezialisierter organischer Moleküle.

Trotz intensiver Forschung es bisher noch nicht vollständig gelungen, das Geheimnis der Biosynthese von Perlmutt aufzuklären. Allerdings haben jüngste Untersuchungen, unter anderem aus Volkmers Labor, entscheidende neue Erkenntnisse dazu geliefert.
In einfachen Modellen zeigte Volkmers Arbeitsgruppe bereits, dass biomimetische Strategien genutzt werden können, um perlmuttartige Oberflächen herzustellen. Diese Modellstudien entwickeln die Ulmer zurzeit in Pilotprojekten weiter, um biomimetische Verarbeitungs- und Prozesstechnologien für technisch relevante Systeme nutzbar zu machen.

Von Coatings bis zu neuen Knochenersatzstoffen

Dabei reicht die Spanne möglicher Anwendungen von korrosionsbeständigen Coatings für Gebäudekonstruktionen im Offshore-Bereich über kratzfeste Autolacke bis hin zu medizinischen Anwendungen, zum Beispiel neuartigen Knochenersatzwerkstoffen.

Muschelschalen als Vorlage für innovative Materialien sind nur ein Beispiel für biomimetische Verfahren. Die Arbeitsgruppe verfolgt derzeit verschiedene Projekte. Unter anderem entwickelt sie strukturierte Oberflächen nach dem Vorbild von Schmetterlingsflügeln oder imitiert Viren mittels selbstorganisierender supramolekularer Container, womit sich gezielt Wirkstoffe in Zellen einschleusen ließen.

Quelle: Pressemitteilung Universität Ulm - 11.11.08 (wp - 28.11.08)
Seiten-Adresse: https://www.gesundheitsindustrie-bw.de/fachbeitrag/pm/exzellente-forschung-zum-27-mal-belohnt