Eine am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) untersuchte Substanz kann die Zellen der körpereigenen Abwehr stimulieren – bis auf einen bestimmten Typ von ihnen, den sie sogar gezielt hemmt. Weil die betreffende Klasse von Immunzellen, genannt „Th 17“, manchmal gesundheitliche Probleme verursacht, hoffen die Forscher auf vielfältige Einsatzmöglichkeiten für das Molekül. Vor allem als Impfstoff-Zusatz, auch Adjuvans genannt, könnte es eine maßgeschneiderte Immunisierung gegen bestimmte Erreger ermöglichen. Der besondere Reiz: Die Substanz namens „Alpha-GalCerPEG“ entfaltet ihre Wirkung auch bei der Verabreichung als Nasenspray – ein Anwendungsweg, der bei Impfungen als sehr schwierig, aber auch besonders aussichtsreich gilt.

Die Erkenntnisse der Braunschweiger Forscher zu Wirkungsweise und Einsatzmöglichkeiten von Alpha-GalCerPEG hat das Wissenschaftsmagazin „PLoS ONE“ in seiner aktuellen Ausgabe veröffentlicht.

Infektionen führen – im günstigsten Fall – zur  Bildung und Aktivierung spezifischer Immunzellen, die den Organismus fortan effizient vor den betreffenden Krankheitserregern schützen. Diesen Effekt versucht man bei Impfungen nachzuahmen, indem man mit abgeschwächten Erregern oder Bestandteilen von ihnen eine Immunantwort hervorruft, ohne dabei eine Krankheit auszulösen.  Es hängt dabei vom Erreger und vom Infektionsweg ab, welche Typen von Immunzellen der Körper bildet und in welchem Maß sie jeweils aktiv werden. Bestimmte Immunzell-Typen können in manchen Situationen auch Schaden anrichten – etwa indem sie irrtümlich den eigenen Körper angreifen und unkontrollierbare oder chronische Entzündungsprozesse auslösen. 

Die T-Helfer 17-Zellen etwa, kurz „Th 17“, die man erst seit einigen Jahren kennt, sind bei vielen Infektionsverläufen unverzichtbar für die körpereigene Abwehr. Insbesondere in frühen Phasen von Entzündungsreaktionen kann ihr Einsatz als antimikrobielle „Schutztruppe“ lebenswichtig sein. Manchmal jedoch leiten sie die Immunabwehr in eine falsche Richtung – dann entsteht mitunter eine chronische Entzündung, bei der der Körper irrtümlich eigenes Gewebe angreift. „Bei chronischen Borrelia-Infektionen kann es beispielsweise zu einer schweren Arthritis kommen“, erklärt Prof. Carlos A. Guzmán, Leiter der Abteilung „Impfstoffforschung“ am HZI in Braunschweig. „Viele Befunde legen nahe, dass Th 17-Zellen diesen Krankheitsverlauf mitverursachen.“ 

Obwohl man über die Funktion der Th 17-Zellen noch wenig weiß und sie vermutlich bei der Infektionsabwehr öfter eine nützliche als schädliche Rolle spielen, steht für Guzmán fest: „Es sind viele Fälle denkbar, in denen es sehr wünschenswert wäre, wenn man die Th 17 abschalten könnte, ohne die Aktivität der anderen Abwehrzellen zu beeinträchtigen.“

Dies trifft zum Beispiel für Impfungen zu, insbesondere für solche, die über die Nasenschleimhaut erfolgen – ein Gebiet, auf dem Guzmán seit längerem forscht. „Bei Impfungen per Nasenspray kann man auf unangenehme Injektionen verzichten“, sagt er. Die Spray-Impfung bereitet aber auch ganz eigene Schwierigkeiten, etwa bei der Dosierung.  Und: „Wenn man Impfstoffe über die Nase verabreicht, regt man die Th 17-Zellen oft ganz besonders stark an.“ In denjenigen Fällen, in denen zu viel Th 17-Aktivität Risiken birgt, kann man sie durch die Beigabe von  Alpha-GalCerPEG gezielt zügeln. In Versuchen mit Mäusen ist dies bereits gelungen.

„Wir verstehen jetzt den Wirkmechanismus von Alpha-GalCerPEG – ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu einem kontrollierten Einsatz“, sagt Sebastian Weissmann, Wissenschaftler in Guzmáns Team. „Ein Ziel unserer Gruppe ist es, eine Art Impfstoff-Baukastensystem zu entwickeln.  So könnte man Impfstoffe aus einzelnen Bausteinen zusammensetzen und dadurch die Immunantwort auf bestimmte Krankheitserreger speziell abstimmen. Mit dem Alpha-GalCerPEG  haben wir einen neuen, erfolgversprechenden Baustein gefunden.“

Originalpublikation:

NKT Cell Stimulation with α-Galactosylceramide Results in a Block of Th17 Differentiation after Intranasal Immunization in Mice. 

Beata M. Zygmunt, Sebastian F. Weissmann, Carlos A. Guzman

PLoS ONE

dx.plos.org/10.1371/journal.pone.0030382

Für seine Forschungsarbeiten über die Tumor-Entstehung erhält der Mediziner Prof. Dr. Lars Zender eine der höchsten Auszeichnungen für Krebsforscher in Deutschland. Der mit 10 000 Euro dotierte Johann-Georg-Zimmermann-Preis würdigt Zenders Erkenntnisse zu den Entstehungsmechanismen von Leberkrebs, der auch durch Virusinfektionen und Störungen der körpereigenen Immunantwort begünstigt werden kann. Zender leitet eine Arbeitsgruppe am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) in Braunschweig und ist Professor für Experimentelle Gastrointestinale Onkologie an der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH). Für seine Forschung hat Zender neueste molekularbiologische Methoden des RNA-Interferenz-Screenings weiterentwickelt. Der Preis wird am Montag, 16. Januar in den Räumen der MHH verliehen.

Die gleichzeitig vergebene Johann-Georg-Zimmermann-Medaille, verbunden mit einem Preisgeld von 5000 Euro, geht an Prof. Dr. Peter Krammer vom Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) in Heidelberg. Beide Auszeichnungen werden jährlich von der Deutschen Hypothekenbank verliehen. 
Der Johann-Georg-Zimmermann-Forschungspreis fördert junge Nachwuchsforscher für ihre aktuelle wissenschaftliche Arbeit, die Johann-Georg-Zimmermann-Medaille würdigt die Leistung von Forschungs-Pionieren in der Bekämpfung von Krebserkrankungen.

Prof. Lars Zender arbeitet mit so genannten RNA-Interferenz-Screens an neuen therapeutischen Möglichkeiten zur Bekämpfung des Leberzellkrebses. Die RNA-Interferenz ist ein komplexer molekularbiologischer Mechanismus, bei dem Gene „stillgelegt“ werden. Dieser Mechanismus bestimmt zu einem wesentlichen Teil, welche Gene aus der Fülle der vorhandenen Erbinformation wirklich genutzt werden – und bietet damit auch vollkommen neue Möglichkeiten, in die Regulation der Gene einzugreifen, ohne sie zu verändern. Zusammen mit nur wenigen anderen Gruppen weltweit hat Zender in seinem Labor die technische Expertise entwickelt, bestimmte RNA-Interferenz-Untersuchungen in den Tumoren von Mäusen vorzunehmen und neue therapeutische Zielstrukturen somit direkt in lebenden Organismen ausfindig zu machen. Probleme, wie sie bei der Durchführung von RNA-Interferenz-Screens in Zellkulturen menschlicher Tumore auftreten können, werden so vermieden. Auf diese Weise identifizierte neue therapeutische Zielstrukturen besitzen ein großes Potenzial, die Behandlung und Prognose von Patienten mit Leberkrebs zu verbessern.

Professor Lars Zender erhielt 2009 eine W1-Professur für Gastrointestinale Onkologie an der MHH, außerdem betreut er das Projekt „Leberregeneration“ im Exzellenz-Cluster Rebirth und ist Projektleiter im SFB/TRR 77 zum Thema „Hepatozelluläres Karzinom“. Professor Zender ist Leiter einer Emmy Noether Nachwuchsgruppe am HZI und an der MHH. Zender wurde für seine erfolgreiche Forschungsarbeit bereits mit zahlreichen Preisen ausgezeichnet.

Professor Dr. Peter Krammer wird für seine Pionierarbeit auf dem Gebiet des programmierten Zelltods, der Apoptose, mit der Johann-Georg-Zimmermann-Medaille 2012 ausgezeichnet. Die Apoptose ist die häufigste Form des natürlichen Zelltods im Organismus. Zellen, die ihre Aufgabe erfüllt haben, im Laufe der Embryonalentwicklung überflüssig geworden sind oder Fehler im Erbgut aufweisen, werden beseitigt. Versagt dieser Schutzmechanismus, gibt es also „zu viel“ oder „zu wenig“ programmiertes Zellsterben, entstehen Krankheiten. Zu wenig Apoptose ist zum Beispiel ein zentrales Problem bei Krebs- und Autoimmunerkrankungen. Professor Krammers Arbeiten gelten als Schlüssel zum Verständnis der Signalwege, die den Zelltod-Mechanismus kontrollieren. Professor Krammer ist Sprecher des Forschungsschwerpunktes „Tumorimmunologie“ und Leiter der Abteilung „Immungenetik“ am Deutschen Krebsforschungszentrum in Heidelberg. 

Weitere Informationen:

Johann-Georg-Zimmermann-Preis und -Medaille:

Die Auszeichnungen werden seit 1972 von der Deutschen Hypothekenbank gestiftet und zählen zu den ältesten und bestdotierten in Deutschland. Bislang ist eine Vielzahl deutscher und internationaler Forscher geehrt worden. Mit der Johann-Georg-Zimmermann-Medaille 2006/2007 wurde etwa der Nobelpreisträger für Medizin, Professor Dr. Harald zur Hausen, ausgezeichnet.

Ansprechpartner:

HZI-Presse- und Öffentlichkeitsarbeit; Manfred Braun/Dr. Andreas Fischer; Tel.: 0531-6181-1401

Zur Forschergruppe:

Chronische Infektionen und Krebs

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• Prof Lars Zender

Für die Suche nach heilkräftigen Wirkstoffen aus der Natur erhält der Nachwuchsforscher Dr. Andriy Luzhetskyy jetzt finanzielle Starthilfe aus Brüssel. Der Europäische Forschungsrat (European Research Council, kurz ERC) unterstützt Luzhetskyys Arbeit an Actinomyceten, einer Gruppe von Bakterien, die zahlreiche biologisch aktive Substanzen bilden. Mit ihrer Hilfe will Luzhetskyy potenzielle neue Medikamente ausfindig machen, die sich beispielsweise als Antibiotika einsetzen lassen. Der junge Wissenschaftler wird in den kommenden fünf Jahren durch einen so genannten „ERC Starting Grant“ in Höhe von insgesamt 1,5 Millionen Euro gefördert. Luzhetskyy leitet eine Arbeitsgruppe am  Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarbrücken (HIPS), einer Außenstelle  des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI) in Braunschweig. 

Actinomyceten stellen außergewöhnlich viele chemische Verbindungen her und geben sie in ihre Umwelt ab. Einige dieser Stoffe töten oder hemmen andere Organismen – vermutlich um den Actinomyceten einen Vorteil in der Konkurrenz um Nahrung und Lebensraum zu verschaffen.  Von der biologischen Wirkung der produzierten Substanzen kann auch der Mensch profitieren: Zu ihrem vielfältigen Spektrum zählen Antibiotika und Medikamente gegen Tumore.

Die Forschung kennt bereits etliche Naturprodukte aus Actinomyeten, doch noch längst nicht alle: In den Bakterien schlummern vermutlich noch viele ungehobene Schätze. „Actinomyceten haben rund 8000 Gene“, erklärt Luzhetskyy. „Bei mehr als 3000 davon wissen wir nichts über ihre Funktion.“ Das liegt unter anderem daran, dass ganze Komplexe von Genen gewissermaßen „schlafen“ und unter normalen Laborbedingungen nicht aktiv sind. Auf welche Weise sie angeschaltet werden und welche Stoffe sie dann synthetisieren, ist in den meisten Fällen noch unbekannt.

Luzhetskyy und sein Team wollen die „Schläfer“ im Mikroben-Genom jetzt aufwecken: Mit gentechnischen Methoden, die sie speziell für die Actinomyceten entwickeln werden,  hoffen sie stillgelegte Gene anschalten und ganze Stoffwechselwege gezielt in Gang setzen zu können. 

Luzhetskyy hat fünf Jahre Zeit, nach solchen verborgenen Naturstoffen zu suchen.  „Am Ende wollen wir ein Spektrum von Methoden für die Produktion neuer Naturstoffe aus Actinomyceten etabliert haben“, sagt Luzhetskyy. „Und wir hoffen, dass möglichst viele neue Medikamente daraus entwickelt werden können.“

Weitere Informationen:

ERC Starting Grants

Das Kürzel ERC steht für „European Research Council“, den von der Europäischen Kommission gegründeten Europäischen Forschungsrat. Ziel des ERC ist es, Wissenschaftler zu fördern, die bahnbrechende visionäre Forschung betreiben und dabei die Grenzen zwischen Grundlagenforschung und angewandter Wissenschaft überbrücken. Die „Starting Grants“ des ERC unterstützen junge Wissenschaftler, die noch am Anfang ihrer Karriere stehen, aber bereits herausragende Fähigkeiten unter Beweis gestellt haben.

Das Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung

Am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) untersuchen Wissenschaftler die Mechanismen von Infektionen und ihrer Abwehr. Was Bakterien oder Viren zu Krankheitserregern macht: Das zu verstehen soll den Schlüssel zur Entwicklung neuer Medikamente und Impfstoffe liefern. 

www.helmholtz-hzi.de 

Das Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland

Das Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS) ist eine Außenstelle des Helmholtz- Zentrums für Infektionsforschung (HZI) in Braunschweig und wurde gemeinsam mit der Universität des Saarlandes im Jahr 2009 gegründet. Wo kommen neue nachhaltige Wirkstoffe gegen weit verbreitete Infektionen her, wie kann man diese für die Anwendung am Menschen optimieren und wie werden sie am besten durch den Körper zum Wirkort transportiert? Auf diese Fragen suchen die Forscher am HIPS mit modernsten Methoden der pharmazeutischen Wissenschaften Antworten.

www.helmholtz-hzi.de/HIPS 

Für den Nachbau der hauchdünnen Dickdarmwand im Zellkultur-Modell zur Untersuchung chronischer Darmentzündungen wurden heute drei Wissenschaftler des Helmholtz-Instituts für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS) und der Universität des Saarlandes ausgezeichnet. Professor Claus-Michael Lehr und seine Mitarbeiterinnen Dr. Eva-Maria Collnot und Fransisca Leonard teilen sich mit einem weiteren Preisträger den mit 15.000 Euro dotierten Tierschutz-Forschungspreis des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz „zur Förderung methodischer Arbeiten mit dem Ziel der Einschränkung und des Ersatzes von Tierversuchen“. Lehr leitet die Abteilung „Wirkstoff-Transport“ am HIPS in Saarbrücken, einer Außenstelle des Braunschweiger Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung (HZI).

Laut Gesetz müssen Wirkstoffe für die Medikamentenentwicklung zunächst an Tieren getestet werden, bevor sie zu einem Einsatz am Menschen kommen. Gleiches gilt für neue Therapie- und Diagnoseverfahren. Um den Einsatz von Tierversuchen bei der Entwicklung geeigneter Medikamente gegen entzündliche Darmerkrankungen wie Morbus Crohn oder Colitis jedoch so weit wie möglich einzuschränken, haben Professor Claus-Michael Lehr und sein Team die Darmwand im Labor nachgebaut: Ein alternatives Zellkultur-Modell ermöglicht es, die Prozesse bei Darmerkrankungen besser zu verstehen und dabei die Wirkung von entzündungshemmenden Medikamenten direkt an menschlichem Gewebe zu untersuchen. Auf Grundlage verschiedener humaner Zelltypen dient das neue dreidimensionale Modell nicht nur der Reduktion von Tierversuchen, sondern kann auch Kosten und Zeit bei der Entwicklung neuer Medikamente einsparen. Im vergangenen Juni erhielten die drei Wissenschaftler für diesen Ansatz bereits den Tierschutz-Forschungspreis des Landes Rheinland-Pfalz.

„Die Auszeichnungen in diesem Jahr für unsere Arbeiten auf dem Gebiet zell- und gewebebasierter in vitro Modelle, mit denen wir uns seit über zehn Jahren systematisch beschäftigen, bestärken uns sehr, diesen Ansatz auch in Zukunft weiter zu verfolgen und auszubauen“, sagt Claus-Michael Lehr.

Das Besondere am gezüchteten Kunstdarm ist die Kombination aus Schleimhaut-Zellen, die den gesunden Darm simulieren, mit menschlichen Immunzellen und entzündungsstimulierenden Stoffen. So können die Forscher kontrolliert entzündliche Vorgänge im Darmmodell auslösen und neue Wirkstoffe parallel an vielen gleichartigen Proben testen. Dabei können sie auch direkt verfolgen, was genau in den Zellen passiert. Da es sich um menschliche Zellen handelt, entfallen die bei den sonst hierzu eingesetzten Tiermodellen die problematischen Speziesunterschiede.
Die Abteilung „Wirkstoff-Transport“ arbeitet zurzeit daran, die Modelle weiter zu miniaturisieren und sogar mehrere biologische Barrieren in einem Modell zu kombinieren.

Der Preis:
Der Forschungspreis des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz „zur Förderung methodischer Arbeiten mit dem Ziel der Einschränkung und des Ersatzes von Tierversuchen“ wird seit 1980 für wissenschaftliche Arbeiten ausgeschrieben, die einen Beitrag zur Weiterentwicklung pharmakologisch-toxikologischer Untersuchungsverfahren leisten. Die Arbeiten sollen auch auf den biologischen Aussagewert der Ergebnisse für den Menschen eingehen. Die diesjährige Preisverleihung erfolgte durch den Parlamentarischen Staatssekretär Peter Bleser im Rahmen des Forums Verbraucherschutz des Bundesinstituts für Risikobewertung zum Thema „Schutz der Versuchstiere – Welche Rolle spielt das Refinement?“.

Die prämierte Forschungsarbeit:
Originalpublikation: „A Three-Dimensional Coculture of Enterocytes, Monocytes and Dendritic Cells To Model Inflamed Intestinal Mucosa in Vitro”. Fransisca Leonard, Eva-Maria Collnot, and Claus-Michael Lehr. Molecular Pharmaceutics, Vol. 7, Nr. 6, 2103-2119.

Die Fachrichtung Pharmazie an der Universität des Saarlandes:
Das Forschungsprofil der Fachrichtung Pharmazie an der Universität des Saarlandes reicht vom Verständnis pathophysiologischer Prozesse über die Entwicklung und Entdeckung neuartiger Arzneistoffe und Leitstrukturen (sowohl synthetischen als auch natürlichen Ursprungs) bis hin zum Arzneistofftransport über biologische Membranen. Besonderes Augenmerk gilt dabei den Indikationsgebieten Krebs, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Entzündung und oxidativer Stress. Wie das CHE-Ranking 2006 zeigte, nimmt die Pharmazie der Universität des Saarlandes gleich mehrere Spitzenplätze in der Kategorie "Forschungsleistungen" ein.
www.uni-saarland.de (Fakultät 8)

Information des Bundesministeriums für Ernährung, Landwirtschaft und Verbraucherschutz:
http://www.bmelv.de/SharedDocs/Standardartikel/Landwirtschaft/Tier/Tierschutz/Tierschutzforschungspreis.html

Ansprechpartner am HIPS:
Dr. Markus Ehses
Tel.: 0681 302-70305
E-Mail: markus.ehses@helmholtz-hzi.de

Bildunterschrift:
Verleihung des 30. Tierschutz-Forschungspreises: Fransisca Leonard, Dr. Eva-Maria Collot, Prof. Claus-Michael Lehr; Quelle: Friedmann-Marohn / BfR

Im Rahmen der Initiative „Deutschland – Land der Ideen“ wurde am 08. Dezember das Fraunhofer- Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST als „Ausgewählter Ort 2011“ für die Etablierung eines Beutelsystems zur Vermehrung von Stammzellen prämiert. Dieses interdisziplinäre Projekt verlief unter der Gesamtleitung von Dr. Kurt Dittmar, Wissenschaftler am Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI), Braunschweig. Acht weitere Partner waren an der erfolgreichen Projektumsetzung beteiligt.

Unter der Schirmherrschaft des Bundespräsidenten werden seit 2006 in Kooperation mit der Deutschen Bank jährlich 365 innovative Projekte und Ideen als „ausgewählte Orte“ ausgezeichnet, die einen Beitrag zur Zukunftsfähigkeit Deutschlands leisten. Die Preisverleihung für die Idee „Das Labor im Beutel“ fand - eingebettet in ein Rahmenprogramm aus Fachvorträgen, Filmen und einer Ausstellung zu den Themen Plasma und Stammzellen - am IST statt. Daniela Schlegel, Vertreterin der Bundesinitiative, und Steffen Brosig, Vertreter der Deutschen Bank, überreichten die Auszeichnung für Ideenreichtum an die Projektleiter.

Bei einer Vielzahl von Therapien setzen Ärzte immer häufiger lebende Zellen ein, die oft vom Patienten selber stammen. Doch bisherige Verfahren zur Zellkultivierung und -aufbereitung für Therapiezwecke sind aufwendig und kostenintensiv. Die Entwicklung des neuen Stammzellenbeutels erleichtert nun die sterile Vermehrung von Zellen maßgeblich.

Für ein optimales Wachstum benötigen die meisten Zellen eine spezielle Fläche, an die sie sich heften können. Vor diesem Hintergrund entwickelten Wissenschaftler des Fraunhofer Instituts für Schicht- und Oberflächentechnik unter der Leitung von Dr. Michael Thomas ein plasmatechnisches Verfahren, das die Oberfläche des Beutelinneren durch Plasmablitze chemisch verändert. Plasmablitze werden erzeugt, indem der Beutel mit einem bestimmten Gasgemisch befüllt und eine elektrische Spannung angelegt wird.

Auf der neuartigen Innenoberfläche des Beutels können nun Zellen wachsen, die das Klinikum Braunschweig im Rahmen der translationalen Forschungskooperation bereitstellt. Die anschließenden zellbiologischen Arbeiten im Labor führt Dr. Werner Lindenmaier am HZI durch. Der Stammzellenbeutel ist Teil eines geschlossenen Systems. Die sterile Befüllung des Beutels und die Entnahme von Zellen erfolgen über ein angeschlossenes Schlauchsystem oder Spritzen. Dies minimiert auch die Gefahr von Verunreinigungen und somit das Infektionsrisiko für Patienten. Die Beutel mit den modifizierten Oberflächen  ermöglichen so die sichere und standardisierte Herstellung von Stammzellen für die klinische Anwendung.

Zum HZI-Video über das Beutelsystem.

Zum HZI-Podcast über das Beutelsystem.