Foto: Gregor Fuhrmann

Der Apotheker und Arzneimittel-Forscher Gregor Fuhrmann im Labor des Helmholtz-Instituts für Pharmazeutische Forschung (HIPS).

Pharma-Forschung

Mit dem Vesikel-Taxi zum Infektionsherd

Antibiotika im menschlichen Körper genau dorthin zu schleusen, wo sich krankmachende Bakterien aufhalten – das ist das Ziel des Pharmazeuten Gregor Fuhrmann. Als Transportmittel will er winzige Bläschen einsetzen, so genannte Vesikel. Sie werden von Körperzellen und von Bakterien produziert, um miteinander zu kommunizieren. Für sein Forschungsvorhaben am Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung (HIPS) erhält der 34-jährige Wissenschaftler 2,1 Millionen Euro im Rahmen von „NanoMatFutur“. Das Programm für den Aufbau einer unabhängigen Forschergruppe wird vom Ministerium für Bildung und Forschung (BMBF) finanziert.
Von Gerhild Sieber • 09.02.2017

Gregor Fuhrmann hat ein natürliches Transportsystem im Visier: extrazelluläre Vesikel. „Das sind winzige Bläschen, die menschliche Körperzellen von ihrer Oberfläche abschnüren“, erzählt er. Der Berliner Apotheker hat nach seiner Promotion in Zürich drei Jahre lang am Imperial College in London an Vesikeln geforscht. „Die Bläschen sind etwa 200 Nanometer groß und damit 10.000-mal kleiner als der Kopf einer Stecknadel. Sie besitzen eine doppelte Lipid-Membran und sind unter physiologischen Bedingungen sehr stabil.“ Sie seien in den 1980er Jahren entdeckt worden, aber immer als „Zellabfall“ gedeutet worden. Erst vor etwa zehn Jahren habe man begonnen, sie genauer unter die Lupe zu nehmen: „Man konnte feststellen, dass die Vesikel zu spezifischen ‚Zielzellen‘ wandern und mit diesen verschmelzen oder in einer Art Blase aufgenommen werden.“ Die Zellflüssigkeit in ihrem Inneren enthält Botenstoffe, über die Zellen kommunizieren. Besonders aufsehenerregend sei 2007 die Entdeckung gewesen, dass zu den transportieren Proteinen auch Nukleinsäuren gehören, insbesondere Ribonukleinsäure.

Könnte man also den natürlichen Transportmechanismus der Vesikel auch dazu nutzen, um Arzneistoffe im Körper gezielt dahin zu befördern, wo sie wirken sollen? „Ja, erste präklinische Studien dazu gibt es beispielsweise in der Krebsmedizin“, sagt Gregor Fuhrmann. Wie man Wirkstoffe ins Innere von Bläschen bringen kann, hat der junge Wissenschaftler während seiner Londoner Postdoc-Zeit erforscht. „Ich habe mit kleinen Molekülen als Modellwirkstoffen gearbeitet und untersucht, wie man sie durch die Lipidmembran schleusen kann. Daraus entstand eine Art Baukasten, der für jede Wirkstoffgruppe spezifische Methoden vorsieht.“ So können hydrophobe Wirkstoffe gut in die Vesikelhülle eindringen, weil sie dort gut löslich sind; dagegen werden wasserlösliche Moleküle von der Membran ausgebremst. „Für sie muss ein Durchlass in der Membran geschaffen werden“, erläutert Fuhrmann. Das kann beispielsweise durch einen elektrischen Impuls geschehen oder durch ein Tensid, also eine milde Seife, die die Membran so weit anlöst, dass der Wirkstoff passieren kann. Danach sei allerdings eine so genannte „Aufreinigung“ notwendig, bei der die restliche Seife und nicht-eingedrungener Wirkstoff entfernt werden.

Die spannende Frage ist, ob der Transfer von Wirkstoffen auch bei Bakterien funktioniert.

Gregor Fuhrmann

Bisher konzentriert sich die Vesikel-Forschung vor allem auf den Wirkstofftransport zwischen menschlichen Zellen. Doch auch Bakterien nutzen die winzigen Bläschen, um Informationen auszutauschen. „Die spannende Frage ist, ob der Transfer von Wirkstoffen auch bei Bakterien funktioniert. Falls ja, ist es zumindest denkbar, die Bläschen zur Bekämpfung von Infektionserkrankungen einzusetzen“, sagt Gregor Fuhrmann. Mit seiner Saarbrücker Nachwuchsgruppe am HIPS will er das Potenzial von Bakterien-Vesikeln hinsichtlich des Transports von Wirkstoffen erforschen. Ziel ist es, die Behandlung mit Antibiotika effektiver zu machen und ihre Nebenwirkungen zu minimieren. Im Gegensatz zu menschlichen Zellen haben Bakterien jedoch starre Zellwände und nehmen selten Stoffe auf. Ein weiterer Unterschied: Die Erreger schützen sich häufig mit einem Biofilm gegen Angriffe von außen oder aber sie produzieren Stoffe, mit denen sie bakterielle Angreifer abtöten – bei beiden Vorgängen sind Vesikel mit im Spiel. „Wir wollen erforschen, welche Rolle Vesikel in diesem Schutzsystem spielen und wie man das nutzen kann.

Seine Saarbrücker Nachwuchsgruppe wird auch mit Biopharmazie-Professor Claus-Michael Lehr zusammenarbeiten, der die Abteilung „Wirkstoff-Transport“ am HIPS leitet. Darüber hinaus sind Kooperationen mit Forschern der Universität geplant. Beispielsweise hinsichtlich der Frage, inwieweit extrazelluläre Vesikel eine Rolle bei der Immunregulation spielen könnten. Außerdem sind Anwendungen im pharmazeutisch-technologischen Bereich denkbar.

Fuhrmann

Vesikel, wie sie Gregor Fuhrmann untersucht, haben zellähnliche Eigenschaften, aber sie sind hundertmal kleiner als eine Zelle und nicht lebensfähig. Das Modell in  Form eines gelben „Bällchens“ stellt einen solchen Vesikel dar: Die (gelbe) Vesikelmembran aus Lipidmolekülen enthält Proteine (rot dargestellt).

Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung

Das HIPS ist eine gemeinsame Einrichtung des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI) in Braunschweig und der Universität des Saarlandes.

Mehr Infos unter: www.helmholtz-hzi.de/hips

Dr. Gregor Fuhrmann
Fuhrmann

stammt aus Berlin. Er hat Pharmazie studiert und als angehender Apotheker sein praktisches Jahr in Montreal absolviert. Nach der Promotion in Zürich hat er drei Jahre lang am Imperial College in London geforscht und wurde mit einem Marie-Curie-Stipendium sowie einem DAAD-Stipendium gefördert. Während dieser Zeit begann er, mit Vesikeln zu arbeiten, insbesondere bezüglich ihres Einsatzes in der Krebstherapie. Dabei stellte er auch fest, dass es insbesondere hinsichtlich der vesikelbezogenen Infektionsforschung viele offene Fragen gab und gibt.

„NanoMatFutur“

Das Programm „NanoMatFutur“ des Ministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) ist ein spezielles Programm für Nachwuchswissenschaftler.  Die Förderung von 2,1 Millionen Euro ermöglicht es Gregor Fuhrmann, die Nachwuchsgruppe „Biogene Nanotherapeutika“ einzurichten. Neben ihm wird sie zwei Doktoranden, einen Postdoc sowie einen Techniker umfassen. Weitere Infos unter: www.fuhrmann-lab.de

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