Dr. Marcus Weber ist weder Pharmazeut, noch Chemiker noch Apotheker, sondern Mathematiker. Sein Forschungsgebiet: Die Entwicklung neuer Medikamente. Seiner Arbeitsgruppe ist es in Kooperation mit der Charité gelungen am Rechner einen neuen Wirkstoff zu entwickeln.
Wirkstoffe effizienter gestalten
Mögen dem normal sterblichen unter uns Rechnungen Kopf- und andere Schmerzen bereiten, scheinen Sie für Dr. Marcus Weber und seine Kollegen eher das Gegentei darzustellen: „Weltweit wird auf unterschiedliche Weise daran geforscht, Wirkstoffe mittels neuester Methoden und mathematischer Simulation noch effizienter zu gestalten. Voraussetzung für solche Simulationen von Molekülen sind Algorithmen, die es erlauben, biologisch relevante Prozesse mit gegebener Rechnerleistung in einer vertretbaren Zeit simulierbar zu machen“, so der Mathematiker, dessen Projekt im DFG-Forschungszentrum MATHEON angesiedelt ist. Es geht darum durch Statistik und Simulation Moleküle zu „designen“, die ganz bestimmte Wirkungen ohne schädliche Nebeneffekte auslösen.
Durchbruch in der Schmerztherapie
Erstmals konnte auf diese Weise nun ein gegen Schmerzen hoch effizienter Wirkstoff „gebaut“ werden. Damit ist Marcus Weber gemeinsam mit seiner Mitarbeiterin Olga Scharkoi, seinem ehemaligen Chef Peter Deuflhard und mit Christoph Stein und Viola Spahn vom Campus Benjamin Franklin der Berliner Charité ein ganz großer Erfolg gelungen, der zu einem Durchbruch in der Schmerztherapie führen könnte.
Ein Opioid ohne Nebenwirkungen
Beim neuen Wirkstoff handelt es sich um ein Opioid, also ein starkes Schmerzmittel. Bei derart starken Mitteln gibt es bekanntermaßen sehr gefährliche Nebenwirkungen. Bekannt ist nach Aussage des Mathematikers, dass durch Effekte im Gehirn die Atmung aussetzen kann, die Mittel zur Abhängigkeit der Patienten oder sogar zum Tod führen können. Die Wirkung von bisher verfügbaren Opioiden ist weitgehend gleichförmig: Sie setzen sich auf überall im menschlichen Körper (unter anderem im Gehirn) vorhandene Rezeptoren. Daher ist nicht zu verhindern, dass sie auch die schwerwiegenden Nebenwirkungen hervorrufen.
„Dies war unser Ansatzpunkt. Wir wollten einen Stoff entwickeln, der diese Nebenwirkungen minimiert oder sogar eliminiert“, beschreibt Weber. Tatsächlich ist es dem Team gelungen, diese Bedingungen zu erfüllen. Im Unterschied zu herkömmlichen Mitteln wirkt das neue Opioid lediglich am Ausgangspunkt der Schmerzen. „Der neue Stoff setzt sich nur an die Rezeptoren, die sich in einem peripheren entzündeten Gewebe befinden. Alle anderen Rezeptoren ignoriert unser Wirkstoff“, sagt Marcus Weber. Gedacht ist der neue Wirkstoff insbesondere für Entzündungsschmerzen.
Den richtigen Rezeptor „ausgerechnet“
Mathematisch steckt dabei eine lange Entwicklung dahinter, die noch lange nicht zu Ende gebracht ist. Zunächst musste im ersten langwierigen Schritt am Rechner ein Modell für den richtigen Rezeptor gefunden werden. „Wir mussten also eine Vorhersage machen, wie diese Struktur aussehen wird. Dabei lagen wir mit unseren mathematischen Vorhersagen sehr gut“, so Weber. So konnten die Mathematiker „ihren Kollegen“ sowohl ein Modell für die Struktur in gesundem Gewebe als auch ein Modell für die Struktur im kranken Gewebe vorschlagen.
(cs mit Informationsmaterial des DGF Forschungszentrum MATHEON)
