Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neutronenforschung liefert Erklärung für Nierenversagen bei Chemotherapie mit Antibiotikum

30.10.2012
Neutronenstreuexperimente haben jetzt neue Einsichten in die Ursache von Nebenwirkungen eines weltweit verschriebenen Antimykotikums (Anti-Pilz-Medikaments) gebracht.

Den von Wissenschaftlern am King's College in London und am Institut Laue-Langevin in Grenoble durchgeführten und in Scientific Reports veröffentlichten Analysen gehen 40 Jahre Diskussion voraus. Sie könnten Medikamentenherstellern helfen, gesundheitsgefährdende Komplikationen zu vermindern.

Überall auf der Welt, drinnen und draußen, enthält die Atemluft Pilzsporen. Obwohl sie gelegentlich zu Allergien, Asthma oder Hautausschlägen führen, wehrt das körpereigene Immunsystem leicht die Mehrzahl dieser Sporen ab. Einem weit größeren Risiko sind Personen ausgesetzt, deren Immunsystem bereits angegriffen ist, wie z.B. HIV-Infizierte, Brandopfer mit schweren Verbrennungen oder Personen unmittelbar nach einer Chemotherapie.

Behandlung mit AmB

Die erfolgreichste Behandlung ist heute das erstmals in den 1950er-Jahren entwickelte Antibiotikum Amphotericin B (AmB), das nachgewiesenermaßen Pilzzellen angreift und äußerst wirksam ist. Bei dieser Art von Pilzinfektionen beträgt die Sterblichkeit bei gesundheitlich angegriffenen Patienten ohne Behandlung etwa 80 bis 95 Prozent und fällt auf unter 30 Prozent bei Behandlung mit AmB.

In den letzten 20 Jahren zeigte sich jedoch ein dramatischer Anstieg von Infektionen, weil die Pilze eine Resistenz gegen Antibiotika entwickelt haben. Deshalb mussten erhöhte Dosen von AmB verschrieben werden, was unerwartet schwere und manchmal tödliche Nebenwirkungen zur Folge hatte. Untersuchungen haben gezeigt, dass bei diesen erhöhten Dosen etwa 50 Prozent der Patienten an einer Art von Nierenvergiftung litten. In einer Untersuchung mussten 15 Prozent der Patienten unter dem Einfluss des Medikaments zur Nierendialyse. In selteneren Fällen führte AmB sogar zu einem totalen Versagen von Niere, Leber oder gar dem Herzen.

Die verbreitete Erklärung für die Wirkungsweise von AmB war die, dass es sich mit Molekülen in der Membran verbindet und walzenförmige Löcher bildet, durch die Zellmaterial austreten oder schädliches Material eindringen und die Zelle abtöten kann.

Während Pilzmembranen sogenanntes Ergosterin enthalten, beinhalten tierische und menschliche Zellmembranen das bekanntere Cholesterin. Man nimmt an, dass AmB zur Bildung dieser Membranlöcher leichter mit Ergosterin als mit Cholesterin reagiert. Dies würde erklären, warum AmB bei niedrigen Dosen zur Infektionsbehandlung verwendet werden kann, ohne den Patienten zu schaden. Bisher gab es aber keinen direkten Hinweis, der diese Hypothese gestützt hätte.

Strukturanalyse durch Neutronenbeugung am ILL

In ihrer Veröffentlichung beschreiben Dr. David Barlow und seine Kollegen vom King's College in London Neutronenbeugungsexperimente am Institut Laue-Langevin, dem führenden Zentrum für Neutronenforschung, die zeigten, wie AmB mit Pilz- und tierischen Zellmembranen auf submolekularer Skala von etwa einem Millionstel der Dicke eines menschlichen Haares wechselwirkt.

Wie alle Teilchen zeigen Neutronen ein wellenartiges Verhalten, und wenn sie auf Hindernisse von der Größe ihrer Wellenlänge treffen, streuen sie unter wohl definierten Winkeln. Diese Eigenschaft ermöglicht es Wissenschaftlern mit Neutronenquellen wie denen am ILL, durch Analyse der Streumuster die Struktur des Materials aufzuklären, das die Neutronen durchquert haben.

Das Team stellte zwei verschiedene Membranproben mit Schichten aus Lipiden her ‒ fettigen Molekülen, die sich in allen Zellen finden ‒ und kombinierte sie entweder mit Cholesterin oder Ergosterin. Dabei wurden Deuteriumtechniken angewandt, bei denen Deuterium ‒ ein schwereres Wasserstoffisotop, das Neutronen gut von dem leichteren Vetter unterscheiden können ‒ entweder in die Membranprobe oder das Medikament eingefügt wurde und so diesen Teil des Systems markiert, um ihn während der Wechselwirkung zu verfolgen.

Die Ergebnisse

Mit dieser Technik fand das Team den ersten experimentellen Hinweis für die theoretischen „Leck-Löcher“, die aus der Entwicklung der „walzenförmigen“ Strukturen hervorgehen, die sich in beiden Membranen unter dem Einfluss von AmB bilden.

Es zeigte sich jedoch, dass die Walzen bei der gleichen relativen Dosis tiefer in die Pilzmembranen eindringen als in menschliche Membranen. Das bedeutet, dass bei niedrigen Dosen zur Behandlung das AmB Löcher in Pilzzellen, nicht aber ohne Weiteres in menschlichen Zellen öffnen kann. Nur bei erhöhter Dosis entstehen Löcher durch beide Arten von Membranen hindurch mit der daraus resultierenden Schädigung von gesundem Gewebe.

Der Grund für diesen Unterschied beim Einbringen in die Membranen könnte in den unterschiedlichen Einbringungswinkeln liegen, die in dieser Arbeit erstmals festgestellt wurden. Wenn AmB in die ergosterinhaltigen Pilzmembranen eindringt, scheint es weniger geneigt als beim Eindringen in menschliche cholesterinhaltige Membranen.

Für Dr. Barlow ist der nächste Schritt die Verbesserung der Auflösung der Analyse, um den genauen Bereich des Medikaments zu bestimmen, der diese Walzenstrukturen bildet. In diesem Bereich müssten Medikament-Entwickler experimentieren, um die AmB-Spezifität auf Pilzzellen zu verbessern, oder dazu verwenden, ein ganz neues Medikament mit weniger schwerwiegenden Nebenwirkungen zu entwickeln.

Zitate

„Das sind schwerwiegende und möglicherweise tödliche Nebenwirkungen. Das Problem ist, dass bisher niemand in der Lage war, experimentell herauszufinden, wie AmB arbeitet, obwohl es bereits in den 1950er-Jahren entwickelt wurde. Dies ist aber erforderlich, wenn wir die Komplikationen vermindern oder seine therapeutischen Eigenschaften in neuen, weniger gefährlichen Medikamenten nutzen wollen“, so Dr. David Barlow vom King's College.

„Neutronen sind ein ideales Werkzeug zur Untersuchung von biologischem Material und seinem Verhalten, da Proteine, Viren und Zellenmembranen alle in der Größenordnung von 1 bis 10 Nanometer und damit gerade in der richtigen Größenklasse sind. Ferner reagieren Neutronen besonders empfindlich auf leichtere Atome wie Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff, aus denen diese organischen Moleküle bestehen, und können sehr einfach zwischen diesen unterscheiden.

Mit einer der stärksten Neutronenquellen der Welt hat das ILL eine lange Geschichte von bedeutenden Durchbrüchen im Verständnis und bei der Verbesserung von Medikamentenzufuhr und Behandlungsmechanismen“, ergänzt Dr. Bruno Demé, Wissenschaftler am ILL, der mit Dr. Barlow an der D16-Neutronenbeugungsapparatur am ILL arbeitete.

Arno Laxy | idw
Weitere Informationen:
http://www.ill.eu/
http://www.kingshealthpartners.org/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizin Gesundheit:

nachricht Kokosöl verlängert Leben bei peroxisomalen Störungen
20.06.2018 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Überdosis Calcium
19.06.2018 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizin Gesundheit >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics