Eine Schranke aus dem Labor

Sie ist eine schwer überwindbare Hürde, die Wissenschaftler und Mediziner bisweilen zur Verzweiflung treibt: die Blut-Hirn-Schranke. Der Schutzmechanismus sorgt dafür, dass Krankheitserreger und Giftstoffe, die in den menschlichen Körper eindringen, kaum eine Chance haben, das Gehirn zu erreichen. Gleichzeitig behindert die Schranke damit allerdings den gezielten Einsatz von Medikamenten im zentralen Nervensystem und erschwert die Forschung an den Ursachen vieler neurologischer Erkrankungen.

Was die Forschung und die Entwicklung neuer Medikamente angeht, könnte eine Arbeit der Würzburger Pharmabiotechnologin Dr. Antje Appelt-Menzel für Abhilfe sorgen. Die Wissenschaftlerin forscht am Lehrstuhl Tissue Engineering und Regenerative Medizin des Universitätsklinikums; in ihrer Doktorarbeit hat sie ein Modell entwickelt, mit dem sie im Labor eine funktionstüchtige Blut-Hirn-Schranke nachbilden kann, die ähnlich arbeitet wie das menschliche Vorbild.

Forschung mit reprogrammierten Zellen

„Wir nutzen sogenannte humane induziert pluripotente Stammzellen und bringen diese dazu, sich zu funktionellen Gehirnzellen zu entwickeln – beispielsweise zu Endothelzellen, neuralen Zellen oder Perizyten“, erklärt die Pharmabiotechnologin ihre Vorgehensweise. Ausgangspunkt dieser Stammzellen sind Lungenfibroblasten – Zellen aus dem Lungengewebe, die künstlich „zurückprogrammiert“ wurden und nun wieder in der Lage sind, sich in sämtliche Arten von Zellen zu spezialisieren, ganz nach Wunsch der Wissenschaftler.

Warum die Wissenschaftlerin nicht gleich menschliche Gehirnendothelzellen für ihr Modell nutzt? „Diese sind nur in begrenzten Mengen erhältlich und von schwankender Qualität“, erklärt Antje Appelt-Menzel. Und eine weitere Alternative – embryonale Stammzellen, die sich ebenfalls noch in sämtliche Gewebearten ausdifferenzieren lassen– kommen für Appelt-Menzel aktuell nicht in Frage aufgrund der damit verbundenen ethischen Implikationen.

Auslöser zahlreicher neurologischer Erkrankungen

„Eine Vielzahl neurologischer Erkrankungen, einschließlich Morbus Parkinson, Multipler Sklerose, Morbus Alzheimer, Schlaganfall, Gehirntumore und Epilepsie werden mit Störungen der Blut-Hirn-Schranke in Verbindung gebracht“, erklärt Antje Appelt-Menzel. Wie es zu diesen Krankheiten kommt, sei in den meisten Fällen im Detail noch unbekannt; eine Behandlung ziele deshalb in der Regel nur auf die Symptome ab.

Ein besseres Verständnis der zugrundeliegenden Mechanismen erwartet die Wissenschaftlerin von dem von ihr entwickelten Blut-Hirn-Schranke-Modell. Es biete die Möglichkeit, im Labor die pathologischen Mechanismen aufzuklären und geeignete Therapieformen zu entwickeln, so Appelt-Menzel.

Mögliche Alternative zu Tierversuchen

Die Forschung vorantreiben und neue Medikamente entwickeln, sind allerdings nur zwei Aspekte, die das neue Modell für die Wissenschaft attraktiv machen. Für einen dritten Aspekt hat Antje Appelt-Menzel den Lush-Preis für ihre Forschungsergebnisse erhalten. „Supporting Animal-Free Testing“: Unter diesem Motto steht der Lush-Preis, ein Gemeinschaftsprojekt der Kosmetikfirma Lush und der wissenschaftlichen Gruppe „Ethical Consumer“. Sein Ziel ist es, „den kompletten Wandel von Tierversuchen in Experimenten zu alternativen, tierversuchsfreien Forschungsmethoden voranzutreiben“, wie die Organisation in einer Pressemitteilung schreibt.

Tatsächlich könnte das Modell der Blut-Hirn-Schranke die Zahl der Tierversuche deutlich verringern. „Bei der Entwicklung neuer Medikamente zur Behandlung von Erkrankungen des zentralen Nervensystems schaffen es nur acht Prozent bis zur Zulassung. Das heißt, 92 Prozent fallen vorher durch – und das obwohl sie zuvor an Tieren oder Zelllinien getestet worden sind“, erklärt Antje Appelt-Menzel. Die Gründe dafür liegen nach ihren Worten auf der Hand: Unzureichend qualifizierte Modelle mit ungenügender wissenschaftlicher Aussagekraft, die momentan in der präklinischen Forschung eingesetzt werden.

Im Gegensatz dazu zeichne sich das von ihr entwickelte Modell durch Eigenschaften aus, die der Situation im menschlichen Körper sehr nahe kommen. An ihm ließe sich genau studieren, ob und in welchem Maß neue potenzielle Wirkstoffe die Blut-Hirn-Schranke überwinden und welche Wirkung sie auf die Nervenzellen ausüben. Im Ergebnis könnten damit Tierversuche reduziert werden.

Forschung zu Alzheimer und Meningitis

Mit 12.000 Euro ist der Lush-Preis dotiert – Geld, das die Nachwuchswissenschaftlerin gut gebrauchen kann. Denn zum einen sind die Zellen und die Verbrauchsmaterialien, mit denen sie arbeitet, teuer. Zum anderen brauchen die Zellkulturen intensive Pflege und Betreuung – auch am Wochenende und an Feiertagen. Personelle Verstärkung ist deshalb immer willkommen, damit sich diese Arbeit auf mehrere Köpfe verteilt.

Antje Appelt-Menzels nächste Projekte stehen bereits in den Startlöchern: Mit Hilfe ihres Blut-Hirn-Schranke-Modells will sie den Ursachen der Alzheimer-Krankheit auf den Grund gehen; in einem zweiten Projekt steht die Frage im Mittelpunkt, wie es bestimmten Bakterien gelingt, die Blut-Hirn-Schranke zu überwinden und eine Hirnhautentzündung auszulösen. Darüber hinaus arbeitet sie daran, ihr Modell weiter zu standardisieren, damit es auch für die Anwendung in der Industrie attraktiv ist.

Kontakt

Dr. Antje Appelt-Menzel, T: +49 931 31-80771; antje.appelt-menzel@uni-wuerzburg.de