Abb.: Dr. Marcus Weber (l.) Simulation eines Moleküls. Photo und Copyright: Kay Herschelmann Mathematiker entwickelt ein ungefährlicheres Schmerzmittel

„Prince könnte mit unserem Wirkstoff wahrscheinlich noch leben“

Berlin (8. Juni 2016) – Die Musikwelt trauert um Prince, den einmaligen Musiker, der Ende April im Alter von 57 Jahren gestorben ist. Todesursache war eine zu hohe Dosis Fentanyl. Ein Schmerzmittel! Wie kann man daran sterben? „Alle Schmerzmittel haben gefährliche Nebenwirkungen. Fentanyl ist ein besonders stark wirkendes Mittel, das nicht nur süchtig macht, sondern auch womöglich tödliche Nebenwirkungen nach sich zieht“, sagt Dr. Marcus Weber vom Forschungszentrum MATHEON und Mitarbeiter am Zuse-Institut in Berlin. Weber ist kein Mediziner, er ist Mathematiker. Als Mathematiker hat er in Kooperation mit der Charitè ein Schmerzmittel entwickelt, das auf Fentanyl aufbaut, aber in Tierversuchen keine gefährlichen Nebenwirkungen zeigt.

„In Amerika sterben mehr Menschen an starken Schmerzmitteln als an Kokain und Heroin zusammen. Diese hohe Sterblichkeit könnte mit unserem Wirkstoff Fluor-Fentanyl erheblich gesenkt, wenn nicht sogar ganz beseitigt werden“, glaubt er. Die Lösung: In der Arbeitsgruppe von Weber wurde festgestellt, dass man nur ein einziges Wasserstoff-Atom in Fentanyl durch ein Fluor-Atom ersetzen muss, um die gefährlichen Nebenwirkungen, auch die Suchtgefahr auszuschalten. Die Mathematiker konnten auch bestimmen, welches Atom ausgewechselt werden muss. Wäre das Mittel schon auf dem Markt, könnte P rince also noch am Leben sein?

Der Musiker starb wahrscheinlich an Atemnot. Ersticken ist eine der häufigsten Todesursachen nach der Einnahme von Fentanyl oder ähnlichen Mitteln. Der Grund dafür ist, dass die wirksamen Moleküle all dieser sogenannten Opioide im ganzen Körper Rezeptoren finden, an denen sie andocken können. An der schmerzverursachenden Entzündungsstelle helfen sie zwar, an allen anderen Stellen dagegen richte n sie teils große Schäden an.

Weber und seine Mitarbeiterin, Olga Scharkoi, haben ausschließlich mit mathematischen Methoden eine Lösung gefunden, wie man bestimmte Wirkstoffe in einer vertretbaren Zeit am Computer simulieren und verändern kann. Langwierige und damit äußerst kostenintensive Laborexperimente bleiben somit erspart. Erst nach dem Rechnerentwurf wurde der Stoff synthetisiert und im L abor getestet.

Mathematisch steckt dabei eine lange Entwicklung dahinter. Zunächst musste ein Computermodell für den richtigen Opioid-Rezeptor gefunden werden. „Wir mussten eine Vorhersage machen, wie diese Struktur aussehen wird, als es noch keine dreidimensionalen Daten dazu gab. Wir lagen mit unseren mathematischen Vorhersagen sehr gut“, so Weber. So konnten die Mathematiker sowohl ein Modell designen, wie die Struktur in gesundem Gewebe aussieht und ebenso ein Modell, wie im kranken Gewebe.

Nachdem also tatsächlich ein erfolgversprechender Stoff gefunden war, musste im nächsten Schritt das Andocken des Wirkstoffes ausschließlich im kranken Gewebe simuliert werden. Auch das gelang! Bereits hinter sich hat der neue Wirkstoff die Versuche an lebenden Ratten. Leider sind solche Tierversuche nicht völlig zu vermeiden. Allerdings konnten diese Versuche durch die rein computergestützte Entwicklung erheblich eingeschränkt werden. Die Versuchstiere zeigten bei der Gabe von Fluor-Fentanyl keine der gefährlichen Nebenwirkungen, obwohl sie in gleicher Weise wie bei Fentanyl für Schmerzen unempfindlich wurden. Die Mediziner der Charité haben zudem den Tieren nicht nur die entsprechende Dosis verabreicht, die bei Fentanyl schon zum Tode geführt hätte, sondern viel höhere Dosen, ohne dass die Tieren daran starben. „Nach der Gabe bestimmter Antimittel konnte bei den Tieren sogar die normale Schmerzempfindlichkeit wieder fast vollkommen hergestellt werden“, betont Marcus Weber.

In einem weiteren Schritt konnte der neuen Wirkstoff bereits mit Patenten versehen werden. In Europa ist derzeit die mathematische Methode patentiert, in den USA der Wirkstoff. Aktuell stehen das Verfahren in den USA und der Stoff in Europa kurz vor der Patentierung. Schließlich muss der Wirkstoff selber noch eine Reihe kl inischer Prüfungen überstehen.

Dafür sucht Marcus Weber Investoren, die sich an der Finanzierung der klinischen Prüfungen beteiligen. „Irgendwann muss der Wirkstoff ja auch am Menschen getestet werden und dafür braucht man eine spezielle Firma. Nur wenige chemische Unternehmen haben die Erlaubnis, neue Stoffe herzustellen, die an Menschen zu testen sind. Dieser Vorgang unterliegt naturgemäß sehr strengen Regularien und ist sehr teuer“, sagt der Mathematiker. Dennoch hofft Weber, dass der Wirkstoff bald nach 2019 auf den Markt kommen könnte. Mit dem Design von Fluor-Fentanyl wäre es dem Mathematiker dann gelungen, die Gefahren von stark wirkenden Schmerzmitteln erheblich zu vermindern und Prince hätte wahrscheinlich überlebt.


Abbildung

Abb. oben: Dr. Marcus Weber (l.) Simulation eines Moleküls. Photo und Copyright: Kay Herschelmann


Weitere Informationen


Quelle: Forschungszentrum MATHEON ECMath , 08.06.2016 (tB).

MEDICAL NEWS

Using face masks in the community: first update – Effectiveness…
Difficulties to care for ICU patients caused by COVID-19
Virtual post-sepsis recovery program may also help recovering COVID-19 patients
‘Sleep hygiene’ should be integrated into epilepsy diagnosis and management
Case Western Reserve-led team finds that people with dementia at…

SCHMERZ PAINCARE

Projekt PAIN2020: Wir nehmen Schmerzen frühzeitig ernst. Jetzt für alle…
Wechselwirkung zwischen psychischen Störungen und Schmerzerkrankungen besser verstehen
Wie ein Schmerz den anderen unterdrückt
Opioidtherapien im palliativen Praxisalltag: Retardierte Analgetika zeigen Vorteile
Krankenhäuser und Praxen müssen sich bei der Schmerztherapie nach Operationen…

DIABETES

Kinder und Jugendliche mit Typ-1-Diabetes gehören nicht zur Risikogruppe und…
Neue Studie will Entstehung von Typ-1-Diabetes bei Kindern verhindern
Toujeo®: Ein Beitrag zu mehr Sicherheit für Menschen mit Typ-1-Diabetes
Diabetes: Neue Entdeckung könnte die Behandlung künftig verändern
Für Menschen mit Typ-2-Diabetes: Fixkombination aus Basalinsulin und GLP-1-Analogon

ERNÄHRUNG

Regelmässiger Koffeinkonsum verändert Hirnstrukturen
Corona-Erkrankung: Fehl- und Mangelernährung sind unterschätze Risikofaktoren
Gesundheitliche Auswirkungen des Salzkonsums bleiben unklar: Weder der Nutzen noch…
Fast Food, Bio-Lebensmittel, Energydrinks: neue Daten zum Ernährungsverhalten in Deutschland
Neue Daten zur Ernährungssituation in deutschen Krankenhäusern und Pflegeheimen: Mangelernährung…

ONKOLOGIE

Konferenzbericht: Aktuelle Daten aus der Hämatologie vom ASH 2020
Anzeige: Aktuelle Daten zur Therapie des fortgeschrittenen Prostatakarzinoms
Aktuelle Daten zu Apalutamid und Abirateron in der Therapie des…
Forschende entwickeln neuen Ansatz, um Krebs der Bauchspeicheldrüse zu erkennen
Blasenkrebs: Wann eine Chemotherapie sinnvoll ist – Immunstatus erlaubt Abschätzung…

MULTIPLE SKLEROSE

Erste tierexperimentelle Daten zur mRNA-Impfung gegen Multiple Sklerose
Multiple Sklerose: Immuntherapie erhöht nicht das Risiko für schweren COVID-19-Verlauf
Empfehlung zur Corona-Impfung bei Multipler Sklerose (MS)
Fallstudie: Beeinflusst SARS-CoV-2 Infektion die Multiple Sklerose?
Multiple Sklerose: Novartis’ Siponimod verzögert Krankheitsprogression und Hirnatrophie bei aktiver…

PARKINSON

Neuer Bewegungsratgeber unterstützt Menschen mit M. Parkinson durch Yoga
Neue Studie zur tiefen Hirnstimulation bei Parkinson-Erkrankung als Meilenstein der…
Putzfimmel im Gehirn
Parkinson-Patienten in der Coronakrise: Versorgungssituation und ein neuer Ratgeber
Neuer Test: Frühzeitige Differenzialdiagose der Parkinson-Erkrankung