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Ein Genschalter, der per handelsüblichem Nitroglyzerin-Pflaster auf der Haut aktiviert werden kann, könnte die Therapie von Stoffwechselerkrankungen revolutionieren.
Einem Team der ETH Zürich ist es gelungen, einen Genschalter zu entwickeln, der mit einem handelsüblichen Nitroglyzerin-Pflaster auf der Haut aktiviert werden kann. Das Ziel der Forscher: Zelltherapien gegen verschiedene Stoffwechselkrankheiten über diese Schalter starten.
Denn wenn die körpereigene Stoffwechselregulierung wie etwa bei Diabetes gestört ist, sind die Alternativen – aka Blutzuckerspiegel messen und Insulin spritzen – im Vergleich zu dem, was der Körper leistet, ziemlich unpräzise.
Martin Fussenegger, Professor für Biotechnologie und Bioingenieurwissenschaften am Departement Biosysteme der ETH Zürich in Basel, und sein Team arbeiten deshalb seit langem an neuen Zelltherapien. Dafür modifizieren die Wissenschaftler menschliche Zellen, indem sie ihnen ein Netzwerk von Genen einbauen, das die Zellen mit speziellen Fähigkeiten ausstattet. Diese Zellen werden Menschen implantiert, zum Beispiel unter die Haut. Ein spezifischer Reiz von außen schaltet das Netzwerk dann an.
Schalter ausschlaggebend
Und auf eben diese Schalter konzentriert sich das Team, von denen sie in den vergangenen Jahren bereits mehrere entwickelt haben. Manche davon lassen sich elektrisch steuern, andere mit Licht, einer sogar mit Musik der britischen Rockgruppe Queen.
Nun haben die Basler Forscher eine weitere Variante entwickelt und in der Fachzeitschrift Nature Biomedical Engineering vorgestellt. „Diese Lösung ist für mich der beste Genschalter, den meine Gruppe und ich bisher gebaut haben“, betont Prof. Fussenegger. Und damit liegt er durchaus richtig, denn der nun entwickelte Schalter lässt sich mit Nitroglyzerin auslösen, einem seit langem bewährten Wirkstoff, dessen Anwendung etwa als Pflaster auf der Haut denkbar einfach ist.
Stickstoffmonoxid startet Netzwerk
Konkret dringt das Nitroglycerin vom Pflaster aus schnell in die Haut ein und trifft dort auf ein Implantat, das modifizierte menschliche Nierenzellen enthält. Die fangen das Nitroglycerin gezielt ab. Ein in die Zellen eingebautes Enzym wandelt es in das natürliche Signalmolekül Stickstoffmonoxid (NO) um. NO sorgt im Körper normalerweise dafür, dass sich die Blutgefäße erweitern und der Blutfluss verstärkt wird. Nach wenigen Sekunden wird es bereits abgebaut; NO wirkt daher nur sehr lokal.
Die implantierten Zellen sind so verändert, dass NO dort die Produktion und Freisetzung des Botenstoffs GLP-1 auslöst, der wiederum die Insulinausschüttung der Betazellen der Bauchspeicheldrüse verstärkt und so den Blutzuckerspiegel reguliert. Zudem löst GLP-1 ein Sättigungsgefühl aus, was die Nahrungsaufnahme reduziert.
Ganz natürlich
Der neue Schalter ist ausschließlich aus menschlichen Bestandteilen zusammengesetzt, enthält also keine Bauteile anderer Arten. „Das ist bahnbrechend und neu“, betont Prof. Fussenegger auch deshalb, weil bei artfremden Komponenten immer die Gefahr von Fehlschaltungen, Interferenzen mit körpereigenen Prozessen oder Immunreaktionen bestehe. Und genau das könne man mit dem neuen Schalter ausschließen.
Dass sich das Team um Prof. Fussenegger vor allem mit Zelltherapien gegen Diabetes beschäftigt, liegt daran, dass es schlicht die häufigste Stoffwechselerkrankung weltweit ist. „Diabetes ist unsere Modellkrankheit, mit der wir arbeiten. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, Zelltherapien für andere Stoffwechsel-, Autoimmun- oder auch neurodegenerative Erkrankungen zu entwickeln – im Prinzip für alles, was dynamisch reguliert werden muss“, sagt der Wissenschaftler.
