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30. Jun 2015

Mithilfe von Stammzellen neue Arzneistoffe für Herzkranke entwickeln

Die Idee, sich mit Stammzellen zu beschäftigen, kam Dr. Dennis Schade, als er nach dem Pharmaziestudium promovierte: In seiner Doktorarbeit ging es unter anderem um das vielseitige Signalmolekül Stickstoffmonoxid, von dem bekannt war, dass es Stammzellen bei der Differenzierung zu Herzmuskelzellen stimulieren kann. „Da wurde mir klar, welches Potenzial Stammzellen haben“, sagt der Wissenschaftler. Jetzt leitet er seit zweieinhalb Jahren eine Nachwuchsgruppe an der Fakultät für Chemie und Chemische Biologie der TU Dortmund. Im Mittelpunkt ihrer Arbeit steht die Regeneration von Herzmuskelgewebe mithilfe neuer Arzneistoffe. Bei deren Entwicklung profitieren die Wissenschaftler von Kooperationen, die sich über das Kompetenznetzwerk Stammzellforschung NRW ergeben.

„Zu unseren Forschungsschwerpunkten zählen die Identifizierung und Entwicklung von (bio)chemischen Werkzeugen, die für pharmakologische Fragestellungen genutzt werden können. Vor allem aber geht es darum, niedermolekulare Wirkstoffe zu schaffen, die bei der Untersuchung und Modulation später Phasen der Differenzierung und Regeneration von Kardiomyozyten eine große Rolle spielen können“, sagt Dennis Schade, der während seiner Post Doc-Zeit 2010 bis 2011 die Grundlagen der Wirkstoffentwicklung mithilfe von stammzellbasierten Methoden bei Experten in San Diego um Professor Mark Mercola erlernte. „Als ich anschließend nach Deutschland zurückkehrte, wollte ich ursprünglich eine Nachwuchsgruppe in Hamburg oder Kiel gründen. Doch dann gab es an der TU Dortmund mit ihrem Forschungsschwerpunkt in den Bio- und Lebenswissenschaften eine passende Ausschreibung, die es mir ermöglichte, mein Vorhaben ideal umzusetzen.“ Ende 2012 begann er mit dem Aufbau seiner Nachwuchsgruppe, zu der mittlerweile drei Doktoranden, ein Post Doc und eine wechselnde Anzahl von Studierenden zählen.

„In dieser Zeit brachte mich Dr. Boris Greber vom Max Planck-Institut in Münster zum Kompetenznetzwerk Stammzellforschung NRW – passend zu meinem Einstieg in die Forschung mit humanen induziert-pluripotenten Zellen“, erzählt Dennis Schade. „Ich bin sehr dankbar für die Unterstützung, die ich von Dr. Greber und den Kollegen innerhalb des Netzwerks bekomme.“ Aus Sicht von Dennis Schade ergänzen sich die biologisch und medizinisch ausgerichteten Methoden der anderen Wissenschaftler und seine medizinalchemische Herangehensweise an die Stammzellforschung ideal – man könne sie durch die Kontakte, die über das Netzwerk entstehen, gut für gemeinsame Projekte bündeln.

Dabei sieht der Pharmazeut und Medizinalchemiker die Rolle seiner Forschergruppe vor allem als translational an. „Alles, was wir an Substanzen und Werkzeugen finden, müssen wir so optimieren, dass es sich zunächst auf das Tiermodell und später auf den Menschen übertragen lässt.“ Das ultimative Ziel sei es, Möglichkeiten zu finden, um Herzmuskelgewebe zu ersetzen, das infolge von Herz-Kreislauf-Erkrankungen – vor allem nach einem Herzinfarkt – abgestorben ist. „Schon jetzt sind solche Erkrankungen die häufigste Todesursache und wir werden durch den demografischen Wandel noch mehr damit konfrontiert werden“, so Schade und führt seine Vision aus: „Bisher setzen Medikamente hauptsächlich bei der Behandlung der Symptome der Herz-Kreislauf-Erkrankungen an. Aber mithilfe unserer Forschungsergebnisse ließe sich ein ganz neuer, potenziell kurativer Ansatz entwickeln, bei dem sich Gewebe regenerieren kann.“

Bevor sich dieses Vorhaben in die Tat umsetzen lässt, wird indes noch eine Reihe von Jahren mit Grundlagenforschung und Wirkstoffentwicklung vergehen. „Wir haben eine Assay-Plattform etabliert und bauen diese weiter aus, um unter anderem im Hochdurchsatzverfahren überprüfen und evaluieren zu können, inwieweit welche Substanzen einen Einfluss auf die Entwicklung und Differenzierung von murinen embryonalen Stammzellen (mESCs) und humanen induziert-pluripotenten Stammzellen (hiPSCs) in Richtung Herzmuskelzellen haben“, erklärt Dennis Schade. Dabei gehe es stets um die Frage, wie sich Herzmuskelgewebe regenerieren könne. „Früher glaubte man zum Beispiel, Herzmuskelzellen verlieren ihre Fähigkeit zur Zellteilung nach der Geburt. Inzwischen ist klar, dass diese Zellteilung möglich ist und womöglich im therapeutischen Sinne stimuliert werden kann. Es gilt nun, an technischen Feinheiten zu feilen und Hürden zu nehmen, um derartige Mechanismen für die Arzneistoffentwicklung nutzbar zu machen.“ Künftig könnte sich abgestorbenes Herzmuskelgewebe nach seinen Worten auf zwei Wegen wieder herstellen lassen – zum einen durch ex vivo gezüchtetes Gewebe, das dem Patienten zum Beispiel über ein kardiales Pflaster oder injizierte Zellen zugeführt wird. Zum anderen könnte eine Heilung durch eine klassische Arzneitherapie mithilfe eines neuen Wirkstoffs in Form einer Kapsel oder Tablette möglich werden, der eine Regeneration innerhalb des Körpers herbeiführt. „Die erste Lösung ist zum Greifen nah, sie wird vermutlich in den kommenden zehn bis 15 Jahren umgesetzt“, sagt Dr. Schade. „Der zweite Ansatz bedeutet noch eine große Herausforderung, denn er muss wirksam, sicher und unbedenklich sein, um den klassischen Zulassungsanforderungen neuer Arzneimittel zu entsprechen. Die Erfolgschancen für solche ,regenerativen Strategien‘ sind zum jetzigen Zeitpunkt schwer abschätzbar.“

So dämmert, wenn es nach Dr. Schade geht, in absehbarer Zeit eine neue Ära der pharmakologischen Behandlung von Herz-Kreislauferkrankungen herauf. Von Ergebnissen aus diesem Forschungsfeld profitieren Patienten allerdings schon heute. Denn an den aus hiPSCs gezüchteten Herzmuskelzellen können Pharmaunternehmen bereits neue Arzneistoffkandidaten aus der präklinischen Entwicklung testen und auf diese Weise überprüfen, ob sie Nebenwirkungen wie Herz-Rhythmusstörungen hervorrufen.

Mehr Informationen gibt es unter www.ccb.tu-dortmund.de/schade. 

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