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Universität Heidelberg - Mit Naturstoffen gegen Krebs und Übergewicht

Der Weg der Naturstoffe in die Arzneimittelindustrie ist schwer. Damit die wirksamen sekundären Pflanzenstoffe denoch bei den Verbrauchern ankommen, beteiligt sich die Abteilung Biologie des Instituts für Pharmazie und molekulare Biotechnologie der Universität Heidelberg am Netzwerk Bioaktive pflanzliche Lebensmittel.

Das Schöllkraut (Chelidonium majus) gehört zu den Mohngewächsen und enthält zahlreiche Alkaloide. © Wink
Prof. Dr. Michael Wink befasst sich nun schon sein halbes Leben mit der Wirkung von Naturstoffen. Seit 21 Jahren ist er an der Universität Heidelberg tätig und dort Direktor der Abteilung Biologie des Instituts für Pharmazie und molekulare Biotechnologie (IPMB) sowie des Steinbeis-Transfer-Zentrums für Biopharmazie und Analytik. „Wir setzen uns mit den Naturstoffen aus Pflanzen auseinander, deren Vorkommen, Chemie und besonders der Pharmakologie“, berichtet Wink. Natürlich sind auch Nahrungspflanzen, Nutraceuticals und Functional Foods Bestandteil der Forschung des IPMB. Im Bereich Phytochemie untersuchen die Wissenschaftler die komplexen Gemische der Pflanzen mittels Gaschromatographie, HPLC, Massenspektrometrie, NMR und weiterem Handwerkszeug der Analytik. Die Abteilung bietet für kleine und mittelständische Unternehmen einen analytischen Service wie beipielsweise Inhaltsstoffanalysen an. „Als Universitätsinstitut sind wir ein Allrounder in der Analytik“, sagt Wink.

Die Wirkungsweise der Gemische ist entscheidend

Weiterhin sind die Forscher daran interessiert, welche pharmakologischen Eigenschaften die Inhaltsstoffe der Pflanze haben. Hier kommen vermehrt Bioassays zum Einsatz. Dabei wird geprüft, welche Substanzen gegen Bakterien, Viren oder cytotoxisch wirken. „Bei den Bakterien schauen wir uns besonders die multiresistenten Arten an“, berichtet Prof. Wink. Unter dem Gesichtspunkt der Medizin und Nahrungsergänzungsmittel untersuchen die Forscher, welche Mechanismen zum Zelltod führen und welche zellulären Zielstrukturen dabei angegriffen werden. Ein wichtiger Faktor ist dabei immer die entzündungshemmende Wirkung der Pflanzenstoffe.

Die Substanzen des Einjährigen Beifuß (Artemisia annua) werden gegen Malaria eingesetzt und zeigen eine wachstumshemmende Wirkung gegen Tumorzellen. © Wink

Des Weiteren spielt die Wirkungsweise der Gemische, wie sie von den Pflanzen produziert werden, eine entscheidende Rolle. „Synergistische Wirkungen, also solche, die sich in ihrer Wirkung verstärken, sind dabei besonders interessant“, so Wink. Im Bereich der cytotoxischen Substanzen haben die Wissenschaftler bereits sowohl in Zellkulturen als auch in Tierversuchen mit Mäusen interessante Ergebnisse erzielt. Leider fehlt hier die nächste klinische Stufe, da es meist keinen Finanzierungspartner für klinische Studien der Phase I gibt. „Dieses Problem gibt es leider bei nahezu der gesamten pharmazeutischen Forschung an Universitätsinstituten in Deutschland“, so Wink. Besonders in Europa nicht verbreitete Krankheiten, wie die Tropenkrankheiten Malaria oder die Schlafkrankheit, sind davon betroffen. Bei der Schlafkrankheit haben die Wissenschaftler traditionelle Arzneipflanzen untersucht und hier einzelne Substanzen entdeckt, die keine Toxizität gegenüber Humanzellen aufweisen, aber extrem toxisch gegen die Trypanosomen, die Erreger der Schlafkrankheit, wirken. Den Nachweis der klinischen Wirksamkeit konnten die Forscher jedoch auch hier noch nicht erbringen, da es an einer Finanzierung von klinischen Studien mangelt.

Klassische Gemüsepflanze als funktionelles Lebensmittel

Quinoa (Chenopodium quinoa) wurde von den Inkas angebaut. © Wink

Das Netzwerk Bioaktive pflanzliche Lebensmittel hat sich dem Hauptthema Übergewicht und Adipositas verschrieben. Besonders mit Blickrichtung auf das metabolische Syndrom sieht Prof. Wink sehr gute Anwendungsmöglichkeiten von Arznei- sowie Nahrungspflanzen. Die beim metabolischen Syndrom vielfältigen vorliegenden Stoffwechselstörungen umfassen in der Regel Diabetes mellitus, Fettleibigkeit sowie Störungen in der Blutdruckregulation. Besonders interessant sind dabei Nahrungsinhaltsstoffe, welche die Blutwerte verbessern, also Cholesterol oder Lipide im Blut reduzieren. Natürlich gibt es auch pflanzliche Substanzen, die als Appetitzügler wirken. „Hier ist schon eine Menge vorhanden“, so Wink. Dabei handelt es sich häufig um Terpene, Polyphenole und Flavonoide, die antioxidativ wirken, aber auch an zelluläre Ziele angreifen. „Bei vielen Stoffwechselstörungen spielen auch wieder Entzündungsreaktionen eine Rolle“, so Wink.

Obwohl die Wissenschaftler schon zahlreiche pflanzliche Wirksubstanzen untersucht haben, ist die Übertragung des Wissens in die Industrie und damit die wirtschaftliche Umsetzung der Forschung sehr schwer. „Wir entdecken vieles im Labor, aber bekommen die Translation in die Industrie nicht hin“, berichtet Prof. Wink. Die Gründe dafür sind vielfältig. In der Mehrzahl der Fälle handelt es sich bei den untersuchten Substanzen um bereits bekannte Substanzen mit neuen Anwendungen. Dies verringert das Interesse der Pharmaindustrie laut Prof. Wink enorm, da es keinen gesicherten Patentschutz gibt. Denn die Investitionskosten sind im Pharmabereich für klinische Studien und die Zulassung so hoch, dass die Unternehmen nur Interesse an einer Substanz zeigen, wenn sie diese komplett schützen und patentieren können. „Leider hemmen diese Rahmenbedingungen die Übertragung der Forschung in die Industrie in Europa sehr“, so Wink. Dennoch kann das IPMB schon auf mehrere Projekte mit der Dr. Willmar Schwabe GmbH & Co. KG und anderen pharmazeutischen Unternehmen zurückblicken.

Im Bereich Functional Food ist die Patentierbarkeit einer Substanz nicht so entscheidend. Und durch die Zusammenarbeit mit mittelständischen Unternehmen besteht laut Wink die Möglichkeit, tatsächlich etwas zu erreichen. „Ich finde das Thema daher besonders spannend“, berichtet der Pharmazeutische Biologe. Als Beispiel für eine Pflanze, die als funktionelles Lebensmittel eine große Zukunft hat, sieht Prof. Wink die Artischocke. Die in der klassischen Gemüsepflanze enthaltenen Bitterstoffe können die Blutfettwerte senken und entzündungshemmend wirken. Die Herausforderung an das Netzwerk ist es nun, die Artischocke oder eine andere Gemüsepflanze in Kombination mit einem weiteren funktionellen Pflanzenwirkstoff an den Markt zu bringen.

Grüner Tee gegen Alzheimer

Blüte der Teepflanze (Camellia sinensis) © Wink

Grüner Tee ist ein funktionelles Lebensmittel, das seit Jahrhunderten von den Menschen genutzt wird. Die Heidelberger Wissenschaftler konnten an einem Modellorganismus, dem Fadenwurm Caenorhabditis elegans, zeigen, dass eine der Hauptsubstanzen des grünen Tees, das so genannte Epigallocatechingallat (EGCG), die Lebenserwartung des Wurms um etwa 15 Prozent steigert. „Dies korreliert natürlich mit der Epidemiologie, denn in asiatischen Ländern, in denen grüner Tee vermehrt getrunken wird, werden die Menschen häufig älter als bei uns in Europa“, so Wink. Die Forscher konnten zeigen, dass der oxidative Stress der Fadenwürmer durch die Einnahme des Polyphenols stark zurückgeht. In einer weiteren Studie konnten die Wissenschaftler die Wirkung des grünen Tees gegen Alzheimer ebenfalls an Hand des Modellorganismus nachweisen. „Da es sich beim grünen Tee um ein Lebensmittel handelt, werden vermutlich weitere Studien folgen“, so Wink. Hier sieht Prof. Wink auch den Vorteil des Netzwerks Bioaktive pflanzliche Lebensmittel. „Im Bereich Functional Food können wir nun endlich ein paar Erkenntnisse umsetzen“, so Wink.

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