NEUE WEGE ZUR THERAPIERUNG VON MUKOVISZIDOSE

Alan S. Verkman, M.D., Ph.D.
Professor für Medizin und Physiologie
Direktor, Mukoviszidose-Forschungsprogramm
Universität von Kalifornien, San Francisco USA

• Therapien die auf die Behandlung der Krankheitssymptome abzielen;
• Therapien die auf die Behandlung der eigentlichen, die Lungenkrankheit verursachenden Probleme abzielen;
• Therapien die auf die Behandlung des eigentlichen Fehlers im CFTR, dem Mukoviszidoseprotein abzielen, das bei Fehlerhaftigkeit Mukoviszidose verursacht.

Therapien, die auf die Behandlung der Krankheitssymptome abzielen werden gegenwärtig in Kliniken weltweit angewandt. Antibiotika bekämpfen Infektionen, Pulmozyme (rekombinante DNase) behandeln den verdickten Lungenschleim, entzündungshemmende Wirkstoffe nehmen sich der Lungenentzündung an, usw. Viele neue „symptombezogene“ Therapien befinden sich in der Entwicklungspipeline.

Therapien, die auf die Behandlung der eigentlichen Lungenprobleme abzielen erfordern ein klares Verständnis der Verursachung der Lungenkrankheit durch eine fehlerhafte CFTR-Funktion. Dies ist jedoch ein noch nicht gelöstes Problem an dem intensiv geforscht wird. Eine Theorie geht davon aus, dass der bei Mukoviszidose produzierte verdickte Schleim durch übermäßige Natriumabsorption in der Lunge entsteht. Aus diesem Grund wurde als eine mögliche Therapie die Blockierung der Natriumabsorption vorgeschlagen. Eine weitere Theorie zur Entstehung der Lungenkrankheit bei Mukoviszidose geht von einer krankhaften Absonderung der flüssigkeitsproduzierenden Drüsen in den Atemwegen aus. Es wurden jedoch auch andere Theorien, wie z.B. übermäßige, die Lungenkrankheit bei Mukoviszidose verursachende Entzündung sowie eine verminderte Fähigkeit der Lunge zur Abtötung von Bakterien vorgeschlagen. Damit Therapien die auf die Behandlung der zu Grunde liegenden Lungenkrankheit abzielen erfolgreich sind, ist ein verbessertes Verständnis der Entstehung der Lungenkrankheit bei Mukoviszidose-Patienten unerlässlich. Gegenwärtig existieren keine Mukoviszidosetherapien die auf die Behandlung der Ursache der Lungenkrankheit abzielen, jedoch befinden sich derartige Medikamente in der Entwicklungspipeline und könnten schon bald zur Verfügung stehen.

Bei der dritten Therapiekategorie – der Behandlung des zu Grunde liegenden CFTR-Fehlers – handelt es sich möglicherweise um die interessanteste und erfolgversprechendste. Eine dieser Therapien die auf die Ersetzung des fehlerhaften CFTR-Gens durch das normale Gen abzielt ist die Gentherapie. Eine erfolgreiche Gentherapie für die zystischer Fibrose bleibt jedoch ein langfristiges Projekt, da die Forschung im Verlauf des vergangenen Jahrzehnts viele maßgebliche Hürden augezeigt hat, die es zu überwinden gilt. So ist es z.B. schwierig, den Atemwegen normale Gene rasch und sicher zuzuführen, sowie die Therapie ohne Immun- oder andere Effekte wiederholt zu verabreichen.

Ein weiterer Ansatz zur Behandlung des zu Grunde liegenden CFTR-Fehlers wäre die Entdeckung von Medikamenten die die Funktion des fehlerhaften CFTR-Proteins bei Mukoviszidose-Patienten verbessern. Die ΔF508-Mutation des CFTR ist weltweit die häufigste Ursache für Mukoviszidose, wobei bei ca. 90% der Testpersonen mindestens eine Kopie des ΔF508-CFTR-Gens vorhanden ist. Ein Medikament welches das ΔF508-CFTR-Protein ‘retten’ könnte wäre ideal, da es auf die Zellen abzielen würde, die normalerweise CFTR ausdrücken. Unser Labor hat die vergangenen fünf Jahre an der Entdeckung von Medikamenten zur Rettung des ΔF508-CFTR-Proteins gearbeitet.

Wie werden neue Medikamente entdeckt? Die am häufigsten angewandte Strategie wird „High-Throughput-Screening“ (HTS) genannt, wobei bis zu mehrere Millionen verschiedener chemischer Stoffe von einem Roboter, wie jenem in unserem Labor verwendetem in Abb. 1 gezeigtem, untersucht werden. Für gewöhnlich bestehen die chemischen Stoffe aus Ansammlungen künstlich synthetisierter kleiner Moleküle, obwohl manchmal auch natürliche Verbindungen wie z.B. Kräuterauszüge untersucht werden. Es wird ein automatisches Hilfsmittel benötigt, da das Screening vieler Verbindungen extrem arbeitsintensiv ist und mit höchster Präzision durchgeführt werden muss. Zur Untersuchung auf Medikamente die die krankhafte Funktion von ΔF508-CFTR retten, haben wir eine Fluoreszenz-Methode entwickelt, die die CFTR-Chlorid-Kanalfunktion misst. Der grundlegende Assay umfasste die Untersuchung von Verbindungen auf deren Fähigkeit zur Wiederherstellung der CFTR-Funktion in Zellen die das ΔF508-CFTR-Protein enthalten.

Die anfänglichen Ergebnisse sind sehr erfolgversprechend (Technische Einzelheiten der Untersuchungsergebnisse können Sie den zwei am Ende dieses Artikels angeführten wissenschaftlichen Veröffentlichungen entnehmen). Es hat sich herausgestellt, dass die ΔF508-Mutation mindestens zwei Fehler im CFTR-Protein verursacht (siehe Abb. 2). Ein Fehler ist, dass das ‘Gating’, oder die Fähigkeit zum Chloridtransport im Vergleich zum normalen CFTR geringer ist. Der andere Fehler besteht darin, dass die zelluläre Verarbeitung anormal ist - das ΔF508-CFTR-Protein verbleibt im Inneren der Zelle statt wie es sollte die Zelloberfläche zu erreichen. Durch das Screening von über 150.000 chemischen Stoffen haben wir mehrere Kategorien kleiner, medikamentenähnlicher chemischer Stoffe entdeckt, die in der Lage sind all diese Fehler zu korrigieren und dadurch die Mukoviszidosezelle mehr wie die normale Zelle erscheinen zu lassen.

Von der anfänglichen Entdeckung potentiell nützlicher Verbindungen bis hin zu deren Verwendung bei der Behandlung einer Krankheit muss jedoch ein langer Weg beschritten werden. Bevor die ersten Phase-1-Versuche an Menschen durchgeführt werden, muss jede Menge Arbeit zur Evaluierung der Giftigkeit und Pharmakologie neuer Medikamente geleistet werden. Selbst nach dem Beginn der Humanstudien vergehen normalerweise mindestens 6-7 Jahre bevor eine Verbindung zur allgemeinen Verwendung freigegeben wird (außerhalb klinischer Versuche). Darüberhinaus werden die meisten in klinischen Versuchen getesteten Verbindungen aufgrund von Giftigkeit, mangelnder Wirksamkeit und anderen Problemen letzten Endes nicht freigegeben.

Weiterführende Literatur:
1) Verkman, A.S. (2004). Drug discovery in academia. American Journal of Physiology 286:C465-C474.

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http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?CMD=search&DB=pubmed

2) Pedemonte, N., G.L. Lukacs, K. Du, E. Caci, O. Zegarra-Moran, L.J. Galietta and A.S. Verkman (2005). Small molecule correctors of defective ΔF508-CFTR cellular processing identified by high-throughput screening. Journal of Clinical Investigation. Veröffentlichung: August, 2005.