Medikamente mit Licht testen

BMBF-Vernbundprojekt CordiLux erforscht Verfahren zur Früherkennung herzschädigender Wirkstoffe.

Bild 1: Zellmembranstruktur einer Herzmuskelzelle, sichtbar gemacht mit speziellen Farbstoffen (Quelle: Universität des Saarlandes, Molekulare Zellbiologie, Homburg)

Bild 2: 3-dimensionale Teilrekonstruktion einer erwachsenen Herzmuskelzelle, die mit einem optischen Sensor gefärbt wurde. Zu erkennen ist die komplexe, netzartige Struktur der Zellmembraneinstülpungen. In diesen Einstülpungen entstehen die optischen Signale, die bei CordiLux gemessen werden (Quelle: UdS).

07.10.11

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Wenn ein bereits zugelassenes Medikament vom Markt genommen wird, liegt das immer wieder an schädlichen Auswirkungen auf das Herz. Das Projekt CordiLux an der Universität des Saarlandes entwickelt zusammen mit Industriepartnern ein biophotonisches Verfahren, mit dem Nebenwirkungen von Wirkstoffen auf die Zellen des Herzens umfassend getestet werden können. Das auf drei Jahre angelegte Projekt hat ein Volumen von knapp 4 Millionen Euro und wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit insgesamt 2,5 Millionen Euro gefördert.

Eine Beeinträchtigung des Herzens steht bei Medikamentenentwicklern ganz oben auf der Liste der Nebenwirkungen, die man auf jeden Fall vermeiden möchte. Um das auszuschließen, testen Forscher die elektrische Aktivität des Herzens. „Bisher konzentrieren sich diese Tests überwiegend auf ein einziges Eiweißmolekül, das die elektrische Aktivität des Herzens mitbestimmt“, erklärt Peter Lipp, Direktor des Instituts für Molekulare Zellbiologie der Universität des Saarlandes. „Diese Tests sind zwar schon sehr genau, aber sie konzentrieren sich nur auf einen kleinen Teilaspekt und können damit auch immer nur eine Teilerkenntnis liefern.“ Als Ergebnis werden Präparate immer wieder erst nach Jahren vom Markt genommen, wenn entsprechende Langzeitnebenwirkungen auftreten. Das neue Verfahren hingegen leuchtet die Zelle in ihrer Gesamtheit aus. CordiLux bedeutet übersetzt „Herzlicht“.

Es ermöglicht, nicht nur die elektrische Aktivität der gesamten Zelle zu messen, sondern zeichnet auch auf, wie sich diese Signale nach Zugabe von Medikamenten verändern. „Die elektrische Aktivität der Zelle wird seit Jahrzehnten gemessen“, räumt Lipp ein. Doch die dazu verwendete Patch-Clamp-Technik sei aufwändig und nicht für den Industriemaßstab geeignet, kritisiert Kästner. „Nach einem Tag hat man vielleicht eineinhalb Dutzend Zellen untersucht.“ Er und seine Kollegen haben die Technik deshalb mit anderen Verfahren kombiniert und so modifiziert, dass sie auf voll entwickelte Herzmuskelzellen anwendbar sind. Und sie setzen auf Fluoreszenzmikroskopie, ein berührungsloses optisches Verfahren. Automatisiert kann ein solches Mikroskop bis zu eintausend Bilder pro Sekunde aufnehmen. Diese feine Auflösung ist wichtig, wenn die Veränderung der Zellaktivität im Laufe der Zeit genau abgebildet werden soll.

So ähnlich wie ein EKG

Um die elektrischen Signale der Zellen sichtbar zu machen, werden diese zuvor mit einem Farbstoff versetzt, dessen optische Eigenschaften sich mit der elektrischen Aktivität der Zelle verändern. Einen passenden Farbstoff zu finden, sei Teil der Forschung, betont Lipp: „Man benutzt dazu meistens organische Moleküle. Eine neue, vielversprechende Methode ist jedoch, die Zellen genetisch so zu verändern, dass sie den Farbstoff als Proteine selbst herstellen.“ Die Zellen werden also eingefärbt und das Signal gemessen, anschließend wird das potenzielle Medikament zugegeben und registriert, wie sich das optische Signal als sichtbarer Indikator der elektrischen Zellaktivität verändert. „Man kann das ein bisschen mit einem EKG vergleichen“, sagt Lipp," die Signale haben nach der Medikamentengabe unter Umständen eine andere Wellenlänge“.

Um die Signale auszuwerten, den Prozess zu automatisieren, Zellen zu kultivieren und entsprechend zu mikroskopieren, arbeitet die UdS mit einem Konsortium aus sieben Unternehmen zusammen, unter ihnen CyBio, eine Tochter der AnalytikJena GmbH sowie die Parascelsus GmbH, die Experten in der Grundlagenforschung stellt. Diese bringen unter anderem ihr Know-How für die Zertifizierung und den Bau eines industriell einsetzbaren Gerätes ein. Bis zum Projektende im Juni 2014 wollen Lipp und Kaestner zusammen im Verbund einen Demonstrator entwickelt haben, der der Industrie als Vorlage für einen Prototyp dienen kann. „Im Prinzip forschen wir bis dahin, wo die industrielle Entwicklung anfängt, und übergeben es dann an die Firmen“, sagt Kaestner. „Dabei wollen wir einmal das Verfahren als Serviceleistung nutzbar machen, und zum anderen die Vorarbeit für eine entsprechende Produktentwicklung leisten. Wir forschen ja nicht nur für uns im Labor. Am Ende soll es ein Test werden, der den Menschen nützt.“


Weitere Informationen
Steckbrief BMBF-Verbundprojekt CordiLux (PDF)

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