Wirkstoffradio (MP3 Feed)

Für diese Episode war Prof. Dr. Lea Ann Dailey zu Besuch in Berlin und hat Bernd erklärt, welche Rolle Nanopartikel in der Pharmazeutischen Technologie spielen. Lea Ann ist Leiterin der Gruppe „Nanomedicine and pharmaceutical biophysics“ an der Universität Wien.

Anfangs erörtern Lea Ann und Bernd Themen der Pharmazeutischen Technologie, der Biopharmazie sowie Eigenschaften und Anwendungen klassischer Arzneiformen. Sie diskutieren dabei auch die Überlegungen, die bei der Auswahl einer passenden Arzneiform während der Entwicklung eines Medikaments eine Rolle spielen. Lea Ann betont, wie sowohl die Merkmale des Wirkstoffs als auch die Charakteristika der zugrunde liegenden Erkrankung, aber auch die individuelle Bereitschaft von Patienten ein Medikament einzunehmen, die Wahl der Arzneiform beeinflussen.

Lea Ann und ihre Forschungsgruppe konzentrieren sich auf die Formulierung und Charakterisierung von Nanopartikeln in Medikamenten zur inhalativen Behandlung verschiedener Atemwegserkrankungen. Da Kunststoffnanopartikel in der pharmazeutischen Technologie eine neuartige Art von Hilfsstoffen darstellen, ist es erforderlich, vor ihrer Verwendung in Medikamenten ihre Verträglichkeit in der Lunge zu überprüfen. Zu diesem Zweck haben die Wissenschaftler:innen in Lea Anns Team Verfahren entwickelt, um Nanopartikel detailliert zu analysieren.

Angesichts der steigenden Belastung von Lebensräumen durch die Freisetzung von Mikro- und Nanoplastik infolge des Zerfalls von Kunststoffen in der Umwelt, sind die toxikologischen Auswirkungen dieser Partikel noch unklar. Lea Ann erkannte frühzeitig, dass die von Ihrer Gruppe entwickelten Verfahren nicht nur auf Nanopartikel in der Pharmazie, sondern auch in der Umweltanalytik anwendbar wären. Daher liegt ein weiterer Schwerpunkt von Lea Anns Arbeitsgruppe darin, die Analysemethoden auch auf Plastikpartikel in der Umwelt auszudehnen.

(Im Podcast gibt es Kapitelmarken, die den Zwischenüberschriften hier im Text entsprechen, so dass es einfacher ist, bestimmte Teile erneut zu hören. Nicht jede Kapitelmarke hat eine Zwischenüberschrift, manchmal fassen wir mehrere Kapitel zusammen.)

In den Umweltwissenschaften gibt es seit langem Verfahren zur Messung von Luftverschmutzung. Für neuartige Verschmutzungen wie die diskutierten Nano- und Mikropartikel müssen jedoch geeignete Messmethoden entwickelt werden. Die Untersuchung von Lea Ann am Meer stellt daher eine Modellstudie dar, um festzustellen, ob die Methoden aus der Pharmazeutischen Technologie auch in der Umwelttechnologie anwendbar sind. Nach solchen Studien müssen diese neuen Methoden noch an die spezifischen Bedürfnisse der Umweltanalytik angepasst werden, bevor sie in das Standardrepertoire aufgenommen werden können.

Wir bedanken uns ganz herzlich bei Prof. Dr. Lea Ann Dailey für die Zeit und ihre Erläuterungen zu ihrem Forschungsgebiet.

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In der zweiten Episode über Analgetika diskutieren Hans-Dieter Höltje und Bernd Rupp Schmerzmittel aus der Gruppe der Opioide, die früher auch als „starke Analgetika“ bekannt waren.

Zu Beginn der Episode erklärt Hans-Dieter die Lebertoxizität von Paracetamol und wie sie entsteht.

Anschließend beschreibt Hans-Dieter die wichtigsten strukturellen Elemente der Morphinstruktur und ihre räumliche Verbindung zueinander. Nach der Entdeckung der Enkephaline als endogene Opioide konnten die strukturellen Segmente identifiziert werden, die für die Wirkung entscheidend sind.

Nach der Darstellung von Morphin und seinen Derivaten wie Heroin, Codein und Oxycodon gehen Hans-Dieter und Bernd auch auf Analgetika der Morphinane und Benzomorphane ein, sowie auf vollsynthetische Vertreter wie Pethidin und Methadon. Sie diskutieren, wie diese Substanzen auch ohne die strukturelle Rigidisierung von Morphin ihre Wirkung an den Opioidrezeptoren entfalten können.

Abschließend besprechen Hans-Dieter und Bernd die Wirkungsmechanismen von Ziconotid und Flupirtin, die sich grundlegend von den klassischen Opioid-Analgetika unterscheiden.

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Analgetische Potenz – Wikipedia Artikel

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In dieser Episode spricht Bernd Rupp mit Prof. Dr. Yvonne Mast, Leiterin der Abteilung Bioressourcen für Bioökonomie und Gesundheitsforschung am Leibniz-Institut DSMZ – Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH in Braunschweig.

Yvonnes Forschung konzentriert sich auf die Kultivierung von Aktinomyceten bzw. Streptomyzeten, einer großen Familie von Organismen, die als Quelle verschiedener Wirkstoffe bekannt sind. Die Gruppe um Yvonne untersucht insbesondere die Regulation sogenannter stiller Synthesegencluster und deren Aktivierung. Yvonne erklärt, dass bei der klassischen Kultivierung dieser Organismen oft nur 10% der aktuell bekannten Synthesegencluster aktiv sind, was auf ein immer noch großes unbekanntes Potential neuer faszinierender Wirkstoffe bei diesen Organismen hinweist.

Durch ihre Arbeiten konnte das Team um Yvonne diese bereits seit langem bekannten Organismen dazu anregen, neue spannende Substanzen zu produzieren. Dadurch rückt diese Gruppe von Organismen wieder stärker in den Fokus der Forschung zu neuen Antibiotika und anderen Substanzen.

(Im Podcast gibt es Kapitelmarken, die den Zwischenüberschriften hier im Text entsprechen, so dass es einfacher ist, bestimmte Teile erneut zu hören. Nicht jede Kapitelmarke hat eine Zwischenüberschrift, manchmal fassen wir mehrere Kapitel zusammen.)

Wir bedanken uns ganz herzlich bei Prof. Dr. Yvonne Mast für die Zeit und ihre Erläuterungen zu ihrem Forschungsgebiet.

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In dieser Episode ist Bernd Rupp zu Gast am Leibniz Institut DSMZ

Phagen sind Viren, die Bakterien infizieren können. Ihr Name „Bakteriophagen“ bedeutet übersetzt „Bakterienfresser“. Diese Eigenschaft macht Phagen zu einer vielversprechenden Alternative zu herkömmlichen Antibiotika. Aber Phagen sind auch für andere Anwendungen interessant, wie zum Beispiel bei der Lebensmittelkonservierung oder der Desinfektion von hitzeempfindlichen Produkten, die für Menschen oder Tiere bestimmt sind.

Die Suche und Testung von neuen Phagen stellt Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen vor neue Herausforderungen. Christine beschreibt anhand anschaulicher Beispiele, welche Herausforderungen es gibt, und welche Fortschritte ihre Kollegen und Kolleginnen bei der DSMZ bereits gemacht haben oder woran sie derzeit forschen.

(Im Podcast gibt es Kapitelmarken, die den Zwischenüberschriften hier im Text entsprechen, so dass es einfacher ist, bestimmte Teile erneut zu hören. Nicht jede Kapitelmarke hat eine Zwischenüberschrift, manchmal fassen wir mehrere Kapitel zusammen.)

Die von Christine erwähnte Materialschlacht könnt Ihr hier bestaunen.

Christine liebt alle Ihre Phagen!

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In dieser Episode sprechen Hans-Dieter Höltje und Bernd Rupp über schwache Analgetika.

Wir verwenden in der Episode die Begriffe schwache bzw. leichte Analgetika synonym, in der Fachliteratur sind noch weitere Bezeichnungen wie periphere oder nichtopioide Analgetika gebräuchlich. Eine einheitliche Bezeichnung gibt es leider nicht, da durch die vielfältigen Angriffspunkte unterschiedlicher Wirkstoffklassen keine allgemein gültige Einteilung möglich ist.

Neben den Wirkstoffklassen und sehr bekannten Vertretern wie Ibuprofen, ASS und Paracetamol geht Hans-Dieter auch auf die drei Wirkungen (schmerzlindernd, fiebersenkend und entzündungshemmend) der schwachen Analgetika ein und beschreibt, wie diese zustande kommen. Wie alle Wirkstoffe haben auch die schwachen Analgetika Nebenwirkungen, die sich entweder aus dem Wirkungsmechanismus oder der Struktur ableiten lassen. Hans-Dieter und Bernd diskutieren auch diese und zeigen dabei, wie Wissenschaftler:Innen daraufhin die Strukturen verändert und weiter entwickelt haben.

Abschließend kündigt Bernd noch drei Termine an: Die Wirkstofftage 2023 in Braunschweig, das GanzOhr 2023 in Berlin und die Lange Nacht der Wissenschaften ebenfalls in Berlin.

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Es gibt drei Wirkungen, die man bei den schwachen Analgetika hervorhebt:

Phenazon – Wikipedia Artikel

Die Kombination aus Dexamethason und Phenylbutazon nennt man häufig auch  „Tübinger Bombe“

Programme bzw. genauere Informationen folgen auf den diversen Social Media Kanälen, sobald uns diese zur Verfügung stehen.

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In dieser Episode sprechen Hans-Dieter Höltje und Bernd Rupp über Tranquilizer und Schlafmittel. Neben den derzeit wichtigsten Wirkstoffklassen wie Benzodiazepine oder Nonbenzodiazepine werden auch neuere Entwicklungen wie Orexin-Rezeptor-Antagonisten angesprochen.

Wie immer besprechen Hans-Dieter und Bernd die chemischen Eigenheiten der jeweiligen Wirkstoffklassen und wie diese sich auf die Pharmakologie der Wirkstoffe auswirken.

Auch das körpereigene Melatonin wird als Wirkstoff eingesetzt. Hans-Dieter beschreibt, wie im Körper aus Serotonin Melatonin erzeugt wird und wie in der Wirkstoffentwicklung das Melatonin  künstlich verändert wurde, um es als Schlafmittel einsetzen zu können. Neben den altbekannten Wirkstoffklassen gehen Hans-Dieter und Bernd auch auf neue Entwicklungen wie Orexin-Rezeptor-Antagonisten ein. Für  einige Wirkstoffe dieser Gruppe wurden 2022 Zulassungen in Europa beantragt und erste Vertreter haben die Zulassung mittlerweile erhalten.

Abschließend spricht Bernd noch eine Hörer:Innen Frage zur Episode mit Carsten Watzl an.

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Anfrage von Frau Kämmerer:

„“ Hallo Herr Dr. Rupp,

zunächst herzlichen Dank für Ihren vielseitigen und interessanten PC!

Mit interessierten Grüßen

Antwort von Carsten Watzl:

„“ Hallo Bernd,

Gruß,

Carsten’s Antwort zur Bedeutung von IgG4:

„“ IgG4 im Vergleich zu IgG1 ist nicht so gut darin, Fc-Rezeptor vermittelte Effekte auszulösen. Diese Effekte können auch wichtig sein, um durch Antikörper gebundene Viren nicht nur zu neutralisieren, sondern auch infizierte Zellen und Komplexe zu beseitigen. Die Abwehr könnte also etwas schlechter sein, wenn mehr IgG4 und weniger IgG1 vorhanden ist. Jedoch ist noch gar nicht gezeigt worden, dass die Abwehr wirklich schlechter ist. Das ist aktuell eher eine theoretische Überlegung.

Gruß,

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Diesmal ist Bernd zu Gast an der Freien Universität Berlin (FU) in der Gruppe von Dr. Daniel Lauster.  Daniel leitet an der FU die BMBF-Nachwuchsgruppe „Mucinpeptide“.

Mucine sind sehr große Proteine, die für den Aufbau von Schleimhäuten in unserem Körper verantwortlich sind. Teile dieser Proteine definieren spezielle Eigenschaften, die für unterschiedliche therapeutische Zwecke von großem Interesse sind. Die Gruppe von Daniel untersucht vor allem Mucine aus Lunge und Nase mit diversen biophysikalischen Methoden, um die funktionalen Bauteile dieser Proteine zu identifizieren und als Peptide sogenannte Mucinpeptide zu isolieren.

Dabei hat die Gruppe von Daniel diverse Modelle zur Simulation erkrankter, aber auch gesunder Lungenschleimhäute entwickelt, um die Funktionalität der Peptide auch nach der Präparation testen zu können.

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In dieser Episode sprechen Hans-Dieter Höltje und Bernd Rupp über die Architekturen unterschiedlicher Ionenkanäle.

Hans-Dieter erklärt die beiden grundlegenden Bauformen und die prinzipielle Funktion von Ionenkanälen, die entweder als Tetramer oder auch als Pentamer in unterschiedlichen Zellen vorkommen können.

Besonderer Dank gilt Haoran Liu, der als Doktorand in der Gruppe von Han Sun, in der auch Bernd arbeitet, einige Darstellungen der unterschiedlichen Ionenkanal Architekturen zur Verfügung gestellt hat.

Durch den Transport der Ionen bildet sich an der Membran der jeweiligen Zellen ein Potential aus. Die Änderung dieser Potentiale mit Hilfe der unterschiedlichen Ionenkanal-Typen ist entscheidend für den Ablauf diverser physiologischer Prozesse, die viel weiter reichen als die hier gezeigten molekuaren Modelle und Themen anderer Wirkstoffradio Episoden.

Im September feiert das Wirkstoffradio sein 5 -jähriges Bestehen, daher lädt Bernd alle Hörer:Innen ein, jetzt schon Vorschläge für eine Jubiläumsveranstaltung zu machen.

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Suximide ist der INN Name der Succinimid-Derivate, die als Wirkstoffe zur Behandlung von epileptischen Krampfanfällen verwendet werden.

WSR001 Was sind Wirkstoffe? – Interview mit Prof. Höltje – Link zur Episode

Das Wirkstoffradio geht in sein 5. Jahr, daher ruft Bernd dazu auf, Wünsche oder Vorschläge wie man das Jubiläum des Wirkstoffradios feiern könnte, an [Jubiläum] zu senden.

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Prof. Dr. Carsten Watzl ist Leiter des Forschungsbereichs Immunologie am Leibniz-Institut für Arbeitsforschung an der TU Dortmund und Generalsekretär der Deutschen Gesellschaft für Immunologie.

In dieser Episode sprechen Carsten und Bernd über das Immunsystem und dessen Aufgaben. Neben den Bestandteilen und der Mechanismen des Immunsystems erklärt Carsten, wie sich Impfungen auf das Immunsystem auswirken.  Einer von Carstens Themenschwerpunkte sind natürliche Killerzellen, die im Körper infizierte Zellen abtöten, indem sie diese mit unterschiedlichen Proteinen in den programmierten Zelltod treiben.

Im Rahmen der Dortmunder Vital-Studie untersucht Carsten Auswirkungen von Arbeitsbelastungen wie Stress auf das Immunsystem von Probanden. Bei der Studie geht es nicht nur darum, welche Faktoren eine Rolle spielen, sondern es soll auch die Änderung des Immunsystems dokumentiert und bis hin zu molekularen Mechanismen erklärt werden.  Hier die Information zu den Teilnahmebedingungen für die Studie.

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Immunsystem – Wikipedia Artikel

Hier erläutert Carsten, dass wir für eine natürliche Grundimmunisierung wahrscheinlich eine Generation (ca. 25 Jahre) gebraucht hätten; durch die Impfung konnten wir diesen Prozess auf etwa 2 Jahre verkürzen und das ohne zu viele Opfer in Kauf zu nehmen.

NK-Zellen bei der Arbeit können hier beobachtet werden!

Carsten erläutert, dass Frauen im Schnitt immunologisch 10 Jahre jünger sind als Männer und dass sie ein stärkeres Immunsystem haben. Leider geht das auch mit einer höheren Rate an Autoimmunerkrankungen einher. Einzige Ausnahme sind Feuerwehrmänner, die sind vom immunologischen Alter vergleichbar mit Frauen.

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In dieser Episode sprechen Hans-Dieter Höltje und Bernd Rupp über den Zusammenhang zwischen dem exzitatorischen und dem inhibitorischen System und besprechen Wirkstoffe, die epileptische Anfälle mildern oder sogar verhindern können.

Der wichtigste Neurotransmitter für das exzitatorische System ist Glutaminsäure. Wird von einem Glutaminsäure Molekül CO2 abgespalten, so entsteht der inhibitorische Neurotransmitter GABA (gamma-Amino-Buttersäure). Für beide Neurotransmitter gibt es eine ganze Reihe von Rezeptoren, deren Effekte einander beeinflussen.

Hans-Dieter beschreibt die Entwicklung verschiedener Wirkstoffklassen und zeigt, dass schon kleine Änderungen in der Wirkstoffstruktur ausreichen, um andere Rezeptorsysteme zu adressieren.

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Wir freuen uns immer über neue Anregungen, Fragen und Verbesserungsvorschläge.

Die drei Strategien zur Behandlung eines epileptischen Anfalls:

Tiagabin hemmt das GABA-Transportprotein, das für den Reuptake des Neurotransmitters in die präsynaptischen Speichervesikel verantwortlich ist.

Vigabatrin hemmt die GABA-Transaminase irreversibel.

Phenytoin hemmt vor allem spannungsabhängige Natriumkanäle. Dies

Butylgruppen – Wikipedia Artikel

Beide Substanzen hemmen spannungsabhängige Calciumkanäle.

Felbamat ist ein NMDA-Rezeptorantagonist. Außerdem wirkt es als allosterischer Aktivator des GABA-Rezeptors.

Hemmt auch spannungsabhängige Calciumkanäle.

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