Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neues Testverfahren verrät Potenzial möglicher Wirkstoffe gegen Alzheimer

14.10.2015

Ein Mittel gegen die Alzheimersche Demenz wird weltweit mit Hochdruck gesucht. Forscher aus Jülich und Düsseldorf haben nun eine präzise Methode entwickelt, um früh festzustellen, bei welchen Wirkstoffkandidaten sich die weitere Entwicklung lohnt. Das Verfahren misst den Effekt auf toxisch wirkende Eiweißaggregate und differenziert dabei erstmals zwischen unterschiedlichen Aggregatgrößen. Tests im Tiermodell zeigten, dass diese Messwerte schon früh auf die spätere therapeutische Wirksamkeit im Organismus hinweisen. Die Ergebnisse wurden im Open Access Journal Scientific Reports der Nature-Gruppe veröffentlicht.

Bei der Alzheimerschen Demenz kommt es im Gehirn zu einem massenhaften Absterben von Nervenzellen. Als Ursache gelten Verklumpungen des körpereigenen Proteins Amyloid-beta (Aβ), die als abgelagerte Fibrillen und Plaques im Hirngewebe sichtbar sind. Wirkstoffe gegen Alzheimer richten sich deshalb meist gegen die Aggregate dieses Proteins.


Die krankmachenden Oligomere (hier sichtbar mithilfe eines Rasterkraftmikroskops, Maßstab 200 Nanometer) sind winzig klein und erst in letzter Zeit in den Fokus der Forschung gerückt.

Forschungszentrum Jülich / HHU


Die QIAD-Methode kann ermitteln, wie ein Wirkstoff auf die unterschiedlichen Aggregat-Größen wirkt.

Forschungszentrum Jülich /HHU

Neuere Forschung hat allerdings gezeigt, dass sich die Schädlichkeit der unterschiedlichen Aggregatgrößen stark unterscheidet: So scheinen die größeren Fibrillen und Plaques nicht die schädlichsten Aggregatformen zu sein. Stattdessen erwiesen sich sogenannte Aβ-Oligomere – kleinere, noch lösliche und dadurch frei bewegliche Aggregate, die die Vorstufen der Plaques sind – als für Nervenzellen besonders toxisch.

Viel deutet inzwischen darauf hin, dass diese Oligomere die entscheidende Rolle für die Entstehung und das Fortschreiten der Krankheit spielen. "Mit diesem Wissen hat sich das Ziel, das ein Wirkstoff ins Visier nehmen sollte, präzisiert", sagt Prof. Dieter Willbold, Direktor am Institute of Complex Systems (ICS-6: Strukturbiochemie) des Forschungszentrums Jülich und des Instituts für Physikalische Biologie der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf.

"Ein Medikament müsste demnach umso effektiver sein, je effizienter es die Zahl toxisch wirkender Oligomere reduziert", so Willbold. Diese Eigenschaft lässt sich prinzipiell bereits testen, bevor mit oft langwierigen Studien im Tier begonnen wird. Ein quantitatives Verfahren, um den Einfluss einer Substanz auf unterschiedliche Aβ-Aggregatgrößen präzise zu analysieren, fehlte bisher jedoch.

"Das Problem ist uns während unserer eigenen Wirkstoff-Forschung aufgefallen", berichtet der Forscher. Seit mehreren Jahren entwickeln Willbold und seine Mitarbeiter den Wirkstoffkandidaten "D3" und davon abgeleitete Derivate, die sich gegen Oligomere richten.

In Studien an Labormäusen, die genetisch bedingt ähnliche Proteinablagerungen im Gehirn wie menschliche Patienten entwickeln und dadurch an kognitiven Beeinträchtigungen leiden, hat die Behandlung mit D3 bereits Wirkung gezeigt. Seitdem wird die Substanz optimiert und die davon abgeleiteten, optimierten Varianten, D3-Derivate genannt, stehen derzeit vor den ersten Tests im Menschen. "Gerade für diese Optimierung war es entscheidend, die Eliminierung von Oligomeren genauer messen zu können, sodass der Mangel an einem geeigneten Verfahren deutlich wurde", sagt Willbold.

Um diese Lücke zu schließen hat der Erstautor der Studie, Dr. Oleksandr Brener, in enger Zusammenarbeit mit weiteren Wissenschaftlern des Institutes während seiner Doktorarbeit das Verfahren QIAD entwickelt (für engl. quantitative determination of interference with Aβ aggregate size distribution). Dabei sortiert zunächst eine spezielle Form der Zentrifugation den in Aβ-Proben vorliegenden Mix aus Einzelmolekülen und unterschiedlich großen Aggregaten der Größe nach in mehreren Fraktionen.

Die genaue Aβ-Menge in jeder einzelnen Fraktion wird quantifiziert, und zwar im vorliegenden Fall mit einer verbreiteten chemischen Analysemethode, der Hochdruckflüssigkeitschromatographie. Indem Proben mit und ohne Zugabe des Wirkstoffes verglichen werden, lässt sich dessen Effekt auf unterschiedliche Aggregatformen gleichzeitig und quantitativ messen.

Die Verlässlichkeit des neuen Verfahrens wurde zunächst an verschiedenen älteren Wirkstoffkandidaten geprüft, die zuvor bereits in umfangreichen Studien erforscht worden waren. Die QIAD-Ergebnisse deckten sich dabei mit den letztlich beobachteten präklinischen und klinischen Ergebnissen aus diesen Studien.

Anhand des eigenen Wirkstoffkandidaten D3 testeten die Forscher dann, ob sich mit den Messwerten auch die spätere Wirksamkeit im Organismus vorhersagen lassen würde. Dazu verglichen sie die Substanz mit der optimierten Weiterentwicklung "D3D3", von der eine höhere Effizienz im Beseitigen der Aβ-Oligomere erwartet wurde. Tatsächlich ergab die Messung, dass die neue Variante im Durchschnitt 96 Prozent der Oligomere aus Proben entfernte, während es bei der Originalversion etwa 50 Prozent waren.

Im nächsten Schritt wurden beide Wirkstoffe erneut in Mäusen getestet. Der Vorteil für D3D3 wurde hier bestätigt: Im Vergleich zu D3 verlangsamte es die Neurodegeneration noch stärker, wie Dr. Tina Dunkelmann, die Zweitautorin der Studie, in ihrer Promotionsarbeit zeigen konnte. Dass D3D3 im Tiermodell auch die Kognition verbessert, konnte im Labor der Kooperationspartner an der University of Alabama at Birmingham von Dr. Thomas van Groen und Dr. Inga Kadish gezeigt werden.

"Dieses Ergebnis war für uns doppelt interessant", sagt Willbold: "Es liefert zum einen wichtige Informationen für die Optimierung unseres Wirkstoffes. Zum anderen zeigt es, dass die QIAD-Analyse tatsächlich den Schluss auf spätere Wirksamkeit im Organismus zu erlauben scheint."

Das Verfahren könnte damit in Zukunft von Forschern genutzt werden, um die erfolgversprechendsten Substanzen zielsicherer als bisher zu identifizieren. Die hohe Zahl klinischer Rückschläge in der Alzheimerforschung könnte damit verringert werden.

Da die Verklumpung körpereigener Eiweiße auch bei weiteren neurodegenerativen Erkrankungen, wie etwa Parkinson, eine Rolle spielt und QIAD vergleichsweise einfach an verschiedene experimentelle Erfordernisse anpassbar ist, könnte das Verfahren auch bei der Suche nach Medikamenten für diese Erkrankungen eingesetzt werden.

Originalpublikation:
Brener, O. et al. QIAD assay for quantitating a compound’s efficacy in elimination of toxic Aβ oligomers. Sci. Rep. 5, 13222; doi: 10.1038/srep13222 (2015).
http://www.nature.com/articles/srep13222

Kontakt:

Prof. Dieter Willbold
Institute of Complex Systems, Strukturbiochemie (ICS-6)
Forschungszentrum Jülich
Institut für Physikalische Biologie, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf
Tel.: +49 2461 61-2100
E-Mail: d.willbold@fz-juelich.de

Pressekontakt:

Peter Zekert
Institute of Complex Systems, Strukturbiochemie (ICS-6)
Forschungszentrum Jülich
Tel.: +49 (0) 2461 61-9711
E-Mail: p.zekert@fz-juelich.de

Weitere Informationen:

http://www.fz-juelich.de/ics/ics-6/DE/Home/home_nod
http://www.uni-duesseldorf.de/MathNat/ipb/index.php

Annette Stettien | Forschungszentrum Jülich

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht In Hochleistungs-Mais sind mehr Gene aktiv
19.01.2018 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Warum es für Pflanzen gut sein kann auf Sex zu verzichten
19.01.2018 | Universität Wien

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Im Focus: Artificial agent designs quantum experiments

On the way to an intelligent laboratory, physicists from Innsbruck and Vienna present an artificial agent that autonomously designs quantum experiments. In initial experiments, the system has independently (re)discovered experimental techniques that are nowadays standard in modern quantum optical laboratories. This shows how machines could play a more creative role in research in the future.

We carry smartphones in our pockets, the streets are dotted with semi-autonomous cars, but in the research laboratory experiments are still being designed by...

Im Focus: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Kongress Meditation und Wissenschaft

19.01.2018 | Veranstaltungen

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungen

6. Technologie- und Anwendungsdialog am 18. Januar 2018 an der TH Wildau: „Intelligente Logistik“

18.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rittal vereinbart mit dem Betriebsrat von RWG Sozialplan - Zukunftsorientierter Dialog führt zur Einigkeit

19.01.2018 | Unternehmensmeldung

Open Science auf offener See

19.01.2018 | Geowissenschaften

Original bleibt Original - Neues Produktschutzverfahren für KFZ-Kennzeichenschilder

19.01.2018 | Informationstechnologie