W. CaesarPlus ultra: Arzneistoffe aus dem Meer und a

Marine Bakterien als Arzneistofflieferanten

Das Meer hat immer schon seinen Beitrag zur Ernährung der Menschheit geleistet und auch ihren Arzneimittelschatz bereichert. Man denke nur an die frühere medizinische Bedeutung der sagenumwobenen Korallen oder von Ambra, die in der Parfümindustrie heute noch eine Rolle spielt.

Von der modernen Arzneistoffforschung ist der Lebensraum Meer dagegen weitgehend vernachlässigt worden, was vor allem auf seine relativ schlechte Zugänglichkeit bzw. die schlechte Verfügbarkeit der darin lebenden Organismen zurückzuführen ist. Dass es gerade deshalb dort noch viel zu entdecken gibt, zeigte Prof. Dr. William Fenical von San Diego, Kalifornien, in seinem Referat über marine Actinomyceten.

Einleitend wies Fenical darauf hin, dass im Meer 34 aller 36 Klassen (Phyla) von Lebewesen vorkommen. Während das Meerwasser oligotroph ist und etwa 1 Million Mikrobenzellen je Milliliter enthält, sind die Sedimente am Meeresgrund ausgesprochen nährstoffreich und weisen etwa die 1000fache Besiedlungsdichte auf.

Die Ordnung der Actinomycetales umfasst Bakterien, die pilzähnlich wachsen (daher der irreführende Name, auf Deutsch: Strahlenpilze). Seitdem Selman Waksman zu Beginn der 40er-Jahre in ihnen antibiotisch wirksame Aminoglykoside wie das Streptomycin entdeckt hatte, spielen sie eine große Rolle in der Arzneistoffentwicklung. Das Screening der verfügbaren Actinomycetales brachte bald keine nennenswerten neuen Ergebnisse mehr, sodass die forschende Industrie auf die partialsynthetische Abwandlung der bekannten Substanzen zur Gewinnung neuer Antibiotika setzte.

Jetzt könnte sich dieser Trend wieder umkehren, denn der Meeresboden ist bis in die größten Meerestiefen hinunter dicht von Actinomycetales besiedelt. Derzeit gilt die Tiefe von 200 m als "magic depth", da sie sich als eine wahre Fundgrube neuer Organismen erweist. So entdeckte Fenical erst 2001 das Genus Salinospora, von dem sich dennoch jetzt schon sagen lässt, dass es pantropisch verbreitet ist und eine sehr große Anzahl verschiedener Spezies aufweist.

Aus den Extrakten wurden Wirkstoffe mit völlig neuartigen Strukturen isoliert. Den ersten Tests zufolge wirken sie nicht nur antibiotisch gegen Problemkeime mit hoher Antibiotikaresistenz, sondern sie besitzen auch ein großes Potenzial als Krebstherapeutika. Besonders aussichtsreich erscheint dem Referenten das Salinosporamid A, das über eine Proteasom-Hemmung zytotoxisch wirkt, so wie die bereits publizierten strukturverwandten Substanzen Lactacystin (aus Streptomyces lactacystinaeus) und Omuralid.

Zytostatika aus dem Meer

Dr. José Jimeno von der spanisch-amerikanischen Firma PharmaMar referierte über Zytostatika marinen Ursprungs, die bereits therapeutisch eingesetzt oder in klinischen Studien getestet werden. Einleitend erinnerte er daran, dass der Antimetabolit Cytarabin, der in der Therapie der akuten myeloischen Leukämie etabliert ist, das Derivat eines Naturstoffs ist, der bereits vor 25 Jahren in dem karibischen Zitronenschwamms Cryptotethya crypta gefunden wurde.

An solche Entwicklungen möchte seine Firma, die beim Screening der Meeresorganismen bisher etwa hundert neue Substanzen entdeckt hat, anknüpfen. Nach Meinung des Referenten ist es gelungen, die Effizienz der präklinischen Prüfung so zu steigern, dass nur sehr aussichtsreiche Kandidaten in die klinische Prüfung kommen.

Hier eine Auswahl:

• Ecteinascidin-743, ein Alkaloid aus der karibischen Seescheide Ecteinascidia turbinata, ist ein hochwirksames Mittel gegen ansonsten therapieresistente solide Tumoren und befindet sich in der Phase II der klinischen Prüfung.
• Aplidin, ein Zyklodepsipeptid aus der mediterranen Seescheide Aplidium albicans, hat die Phase I erfolgreich überstanden und wird demnächst gegen solide Tumoren und Lymphome geprüft.
• Kahalalid F, ein Depsipeptid aus der Meeresschnecke Elysia rufescens, steht vor dem Abschluss der Phase I und soll dann an Patienten mit fortgeschrittenem Prostatakarzinom getestet werden.

Von Interesse ist, dass PharmaMar die Meeresorganismen nicht nur als Quellen neuer chemischer Leitstrukturen schätzt, sondern sie auch als Produzenten dieser Substanzen züchtet. So hat sie vor der Küste Tunesiens Kulturen von E. turbinata angelegt.

Monographien von pflanzlichen Drogen und Drogenzubereitungen

Zum ersten Mal auf einem GA-Kongress fand in Barcelona ein Workshop der noch jungen GA-Arbeitsgruppe "Regulatorische Angelegenheiten von Phytopharmaka" statt. Ihr Leiter Prof. Dr. Arnold Vlietinck, Antwerpen, legte dar, dass neben die traditionellen Drogenmonographien in Zukunft zunehmend mehr Monographien spezieller Drogenzubereitungen – Extrakte, fette Öle und ätherische Öle – treten werden; allein vierzig sind gegenwärtig für das Europäische Arzneibuch in Bearbeitung.

Diese Monographien werden sich teilweise an auf dem Markt etablierten Produkten orientieren (Stichwort "Spezialextrakt"), andererseits werden sie zahlreiche Hersteller zwingen, ihre Produkte an die in den neuen Monographien gesetzten Standards anzupassen. Die gegenwärtig zu konstatierenden enormen Qualitätsunterschiede von Präparaten, die zwar die verwendete Ausgangsdroge, aber darüber hinaus oftmals kaum etwas anderes gemeinsam haben, würden erheblich vermindert. Dies würde auch den Markt der Phytopharmaka transparenter machen.

Dr. Barbara Steinhoff, Bundesverband der Arzneimittel-Hersteller (BAH), legte den Schwerpunkt ihrer Ausführungen auf den Wirksamkeitsnachweis von Phytopharmaka. Der Harmonisierung der Methoden dienen die so genannten ESCOP-Monographien. Die 1989 als Dachorganisation der nationalen Gesellschaften für Phytotherapie auf europäischer Ebene gegründete ESCOP hat inzwischen 60 Monographien über Arzneipflanzen und ihre Zubereitungen publiziert, in denen alle bekannten Daten von pharmakologischen und klinischen Studien ausgewertet sind.

Parallel dazu hat die Weltgesundheitsorganisation WHO ein Programm zur rationalen Nutzung weit verbreiteter traditioneller Arzneipflanzen aufgelegt und zu diesem Zweck bereits 30 Monographien erstellt. Inzwischen hat auch die Arbeitsgruppe Phytopharmaka bei der Europäischen Zulassungsbehörde EMEA zugestanden, dass die ESCOP- und die WHO-Monographien eine wertvolle Quelle für die Beurteilung der Wirksamkeit von Phytopharmaka sein können. Am Rande sei notiert, dass derzeit auch eine ESCOP-Monographie über Kava-Kava in Bearbeitung ist. Es erscheint Optimismus angesagt, dass das laufende Stufenplanverfahren des BfArM diese Droge nicht dauerhaft vom Markt verbannt hat.

In den USA spielen Phytopharmaka derzeit eine unbedeutende Rolle im Vergleich zu Nahrungsergänzungsmitteln, für die der US-Bürger immerhin halb soviel ausgibt wie für Nahrungsmittel. Obwohl Nahrungsergänzungsmittel mit Indikationen beworben werden, muss der Hersteller nur ihre Unbedenklichkeit, nicht aber ihre Wirksamkeit nachweisen. Die Flut der Nahrungsergänzungsmittel schöpft das therapeutische Potenzial von Arzneipflanzen nicht aus.

Da für rationale Phytopharmaka verbindliche Vorgaben erforderlich sind, holt die US Pharmacopeia die Arzneipflanzen in das amerikanische Arzneibuch zurück, wie Dr. David Roll von der USP ausführte. Es wurden zunächst Monographien über entsprechende Arzneiformen erstellt, und nun soll die Zahl der Monographien von Arzneidrogen und Extrakten zügig ansteigen. Prof. Dr. Armando Cáceres aus Guatemala referierte über die Bemühungen zur Standardisierung von Phytopharmaka in Lateinamerika im Rahmen des CYTED-Programms, das umfassender in einem anderen Workshop vorgestellt wurde (s. u.).

Stabilitätskontrolle von Phytopharmaka

Unter dem Vorsitz von Prof. Dr. Beat Meier, Basel, Leiter der GA-Arbeitsgruppe "Herstellung und Qualitätskontrolle von Phytopharmaka", präsentierten Vertreter aus der pharmazeutischen Industrie und der öffentlichen Apotheke ihre Untersuchungen zur Stabilitätskontrolle und Dokumentation von Phytopharmaka mithilfe der Hochleistungs- Dünnschichtchromatographie (HPTLC).

Ziel der Veranstaltung war es nachzuweisen, dass die DC heutzutage ebenfalls zu den High-Tech-Methoden wie die HPLC zählt. Dies setzt allerdings den Einsatz verbesserter Plattenmaterialien, validierbarer Auftragegeräte sowie leistungsfähiger Entwicklungs- und Dokumentationssysteme voraus. Priv.-Doz. Dr. Werner Knöss vom BfArM kommentierte den Einsatz der HPTLC aus der Sicht der Zulassungs- und Aufsichtsbehörde.

Fingerprint-Chromatogramme sind ein bewährtes Mittel, um pflanzliche Extrakte auf ihre Identität und Stabilität zu prüfen. Das gilt sowohl für die Prüfung des Drogenmaterials als auch der Fertigpräparate. Bei Letzteren muss gewährleistet werden, dass alle Produktionschargen das gleiche Inhaltsstoffmuster (Fingerprint) aufweisen wie das Produkt, mit dem die Spezifikationen für die Zulassung erstellt worden sind, und dass das Inhaltsstoffmuster auch nach bestimmten Lagerungsfristen nicht wesentlich verändert ist.

Die EMEA-Leitlinie "Quality of Herbal Medicinal Products" (CPMP/QMP/2819/00) betont, dass bei Phytopharmaka der gesamte Extrakt als Wirkstoff zu verstehen ist und dass es nicht ausreicht, die Stabilität einiger Substanzen mit bekannter therapeutischer Aktivität nachzuweisen; vielmehr müssen auch andere Substanzen im Extrakt konstant bleiben.

Dr. Kathrin Koll, Forschungsvereinigung der Arzneimittel-Hersteller in Sinzig, befürwortete bei Fingerprint-Chromatogrammen den Einsatz der DC mit Hochleistungs-Trennschichten (HPTLC), weil diese in qualitativer und quantitativer Hinsicht ein differenzierteres Bild der Vielstoffgemische geben. Am Beispiel eines Brennnesselblätterextraktes erläuterte sie die Validität der Methode bezüglich Selektivität (sie muss verschiedene nebeneinander zu bestimmende Komponenten ohne gegenseitige Störung erfassen), Robustheit (auch bei Änderungen der Testbedingungen im Wesentlichen gleiche Endergebnisse) und Reproduzierbarkeit bzw. Übertragbarkeit.

Dr. Anna Mulà, Fa. Euromed in Barcelona, zeigte anhand von DC-Fingerprints der Extrakte verschiedener flavonoidhaltiger Arzneidrogen, dass bei Lagerbedingungen zwischen 25 und 40 °C insbesondere einige C-O-Glykoside instabil sind. Es ist noch umstritten, ob die Umlagerung funktioneller Gruppen bei diesen Substanzen als eine qualitative Beeinträchtigung des Extraktes anzusehen ist.

Dr. Angelika Koch, Apothekerin in Hamburg, demonstrierte den Einsatz der HPTLC zur Stabilitätsprüfung von Weihrauch. Bei der Droge handelt es sich um das Gummiharz verschiedener Boswellia-Arten (B. carteri und B. serrata). Als wirksamkeitsbestimmende Inhaltsstoffe werden zurzeit β-Boswelliasäure, Keto-α-boswelliasäure und ihre Acetate angesehen.

Da die Harze in ihrem Ursprungsland hohen Temperaturen ausgesetzt sind und bei der Aufarbeitung mit Säuren und Basen behandelt werden, empfiehlt es sich, die Stabilität der Droge daraufhin zu überprüfen. Hierzu führte Koch mit den Extrakten Stresstests direkt auf der DC-Platte durch und überprüfte die Ergebnisse mit der zweidimensionalen DC. In diesen Tests erwiesen sich die vier Boswelliasäuren als relativ stabil, hingegen ließ sich die Umlagerung einer weiteren Boswelliasäure zu einer anderen Substanz verfolgen. Das Verhältnis dieser beiden Substanzen zueinander könnte als Marker für die Stabilität und damit auch Qualität von Weihrauch dienen.

Prof. Dr. Beat Meier konnte an einem Trockenextraktes von Keuschlammfrüchten (Vitex agnus-castus), der – wie viele Pflanzenextrakte – Inhaltsstoffe unterschiedlicher Polarität enthält, eindrucksvoll die Leistungsfähigkeit der HPTLC für die Stabilitätsprüfung demonstrieren. Der Extrakt wurde verschiedenen Stressfaktoren, wie Licht, hohen Temperaturen und Feuchtigkeit sowie Salzsäure, Ammoniak und Wasserstoffperoxid ausgesetzt; anschließend wurden die Folgen dieser Behandlungen für jede Stoffgruppe (Diterpene, Flavon-C-Glykoside und Iridoid-Glykoside) mit Hilfe der HPTLC dokumentiert. Im Vergleich der Fingerprints der verschiedenen Stressproben untereinander kann das Fehlen einer Substanz als Instabilität dieser Substanz unter den Testbedingungen gewertet werden.

Somit zeigte sich einmal mehr, dass die HPTLC bei der Stabilitätsprüfung, die einer "Spuren-Analyse" gleicht, mit der HPLC durchaus konkurrieren kann, zumal die Ergebnisse auf einer Platte gleichzeitig bewertet werden können. Abschließend betonte Dr. Werner Knöss , dass die Zweckmäßigkeit der DC bzw. HPTLC für die Stabilitätsprüfung grundsätzlich nicht bestritten werde. Allein wegen der Verwendung dieser Testmethoden würde ein Zulassungsantrag für ein Phytopharmakon nicht scheitern.

CYTED – Arzneipflanzenforschung in Lateinamerika

An dem 1984 gegründeten Programm "Wissenschaft und Technologie für die Entwicklung" (Ciencia y Tecnología para el Desarrollo, CYTED; www.cyted.org) Lateinamerikas nehmen 21 Staaten teil, und zwar neben den Staaten des Subkontinents auch die ehemaligen Kolonialmächte Spanien und Portugal.

Das Subprogramm X betrifft biogene Arzneistoffe und ist seinerseits in fünf thematische Schwerpunkte untergliedert:

• Immunmodulatoren,
• Chemotherapeutika,
• Herz-Kreislauf-Mittel,
• Antiparasitika und
• antiinflammatorisch wirksame Substanzen.

Seit 1990 haben etwa 1300 Forscher in über 200 Arbeitsgruppen am Subprogramm X teilgenommen. Ein Workshop in Barcelona stellte einige Ergebnisse der Arbeitsgruppen vor. So fanden sich beim Screening von Antiparasitika, insbesondere gegen Plasmodien (Malaria), Leishmanien und Trypanosomen, über hundert wirksame Pflanzenextrakte, deren Wirkkomponenten isoliert, in ihrer Struktur aufgeklärt und teilweise partialsynthetisch so abgewandelt wurden, dass potentere Substanzen entstanden.

Als überaus ergiebig erwies sich das Genus Piper; so wurde aus Piper rusby ein epoxidiertes Kavapyron mit hoher leishmanizider Potenz isoliert. (Diese Substanz ist übrigens mit den sedativ wirksamen, neuerdings pharmakologisch umstrittenen Inhaltsstoffen der Kavapflanze Piper methysticum nah verwandt; s. Formel). Ein breites Wirkungsspektrum gegen verschiedene protozoische Parasiten zeigen einige Stilben-Derivate (s. Formel).

Die Aktivitäten im Rahmen des CYTED-Programms führten 1996 zur Gründung eines Iberoamerikanischen Netzwerks für Phytopharmaka (RIPROFITO), das sich für eine Zusammenarbeit von Wissenschaft, Industrie und Verwaltung einsetzt, um die kommerzielle Nutzung von Arzneipflanzen und den Einsatz von Phytopharmaka in der Medizin zu fördern. CYTED erstellt auch Monographien über Arzneidrogen, wobei Voraussetzung ist, dass sie bis jetzt noch nicht in einer Pharmakopöe monographiert sind. Die ersten neun Monographien, die unter der Leitung von Prof. Dr. S. Canigueral erstellt werden, sollen bald fertiggestellt sein.

Zertifizierte Wildsammlung von Arzneidrogen?

Unter dem Vorsitz von Prof. Dr. Chlodwig Franz, Wien, Leiter der GA-Arbeitsgruppe "Arzneipflanzenzüchtung und -anbau", befassten sich Wissenschaftler aus Mitteleuropa, dem Balkan und Spanien mit dem Thema "Zertifizierte Wildsammlung von Arzneidrogen". Eine Zertifizierung, wie immer sie im Einzelfall auch aussehen mag, soll darauf abzielen,

• die pharmazeutische Qualität der Droge inklusive ihrer mikrobiologischen Reinheit zu gewährleisten,
• die Ressourcen zu schonen und
• eine nachhaltige Nutzung zu sichern.

Nach einer Schätzung der Internationalen Union zum Schutz der Natur und der natürlichen Ressourcen (IUCN) sind nicht nur weltweit etwa 9000 Arzneipflanzen von der Ausrottung bedroht, sondern selbst in Europa seien etwa 150 Arten in ihrem Bestand gefährdet.

In Zusammenarbeit mit dem World Wide Fund for Nature WWF hat das IUCN bereits vor 25 Jahren das Artenschutz-Programm TRAFFIC (www.traffic.org) gegründet; im Rahmen von TRAFFIC haben beide Organisationen auf der Expo 2000 in Hannover die Initiative "Medizin und Artenschutz" gestartet. Mittlerweile haben über hundert Organisationen, Firmen und Einzelpersonen eine Erklärung unterzeichnet, mit der sie sich verpflichten, aktiv zum Schutz natürlicher Arzneistoffressourcen beizutragen.

Während die Wildsammlung von Arzneipflanzen im westlichen Mitteleuropa nur von sehr untergeordneter Bedeutung ist, bietet sich zum Beispiel auf dem Balkan ein ganz anderes Bild. Dort fördert die Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit (GTZ) ein Programm zur nachhaltigen Wildsammlung von Arzneidrogen in Bosnien-Herzegowina. Dabei geht es nicht nur darum, die Sammler fachlich fortzubilden, sondern ihre Tätigkeit auch in Übereinstimmung mit den Gesetzen zu organisieren. Gerade hier kommt es häufig zu Konflikten, weil viele Sammler keine gesetzlichen Einschränkungen ihrer traditionell ausgeübten Tätigkeit akzeptieren.

In Spanien sind die Wildsammlungen zwar rückläufig, aber befinden sich zurzeit noch auf einem vergleichsweise hohen Niveau (s. Kasten). Von größter Bedeutung ist die zertifizierte Wildsammlung zweifellos für die Entwicklungsländer der Tropen und Subtropen. Zwar präferiert die pharmazeutische Industrie auch hier den kontrollierten Anbau. Bei bestimmten Arzneipflanzen ist dieser jedoch immer noch nicht möglich; teils ist er auch aus politischen Gründen nicht gewollt, weil man den Sammlern ihre Existenzgrundlage erhalten will. In diesen Fällen kann nur die Zertifizierung der gesammelten Ware dem Raubbau und der Vermarktung minderwertigen Materials Vorschub leisten. In der Antike hat man die sagenhafte Arzneipflanze Silphium ausgerottet. Etwas Ähnliches sollte sich heutzutage nicht wiederholen.

Kastentext: Wild gesammelte Arzneidrogen Spaniens

In Spanien werden Arzneidrogen folgender Stammpflanzen in Mengen von über 1 Tonne jährlich geerntet:

• Equisetum ramosissimum und E. telmateia
• Lepidium draba
• Juniperus communis
• Taraxacum officinale
• Arctostaphylos uva-ursi
• Gentiana lutea
• Malva sylvestris
• Viscum album
• Rosmarinus officinalis
• Thymus spp.
• Lavandula spp.
• Paronychia spp. (Caryophyllaceae)
• Jasonia glutinosa (Asteraceae)
• Centaurea aspera
• Artemisia campestris
• Spiraea ulmaria
• Capsella bursa-pastoris
• Santolina spp.
• Sideritis spp.
• Satureja spp.y

Poster – vom Metabolom bis zur Potenzrinde

Weit über 500 Poster wurden in Barcelona gezeigt. Traditionsgemäß wurden je zwei Poster wegen ihres hervorragenden wissenschaftlichen Inhalts bzw. ihrer ästhetischen Darstellung prämiert. Einer der Preisträger war A. Thiocone, Universität Lausanne, der sich mit der Metabolomik auseinander setzte. Während das Genom – die Gesamtheit aller Gene eines Organismus – und das Proteom – die Gesamtheit der von ihnen exprimierten Proteine – allseits bekannte Begriffe sind, ist die Wortschöpfung Metabolom für die Gesamtheit der in einem Organismus aktuell oder auch potenziell vorkommenden Metaboliten noch recht neu. Es geht hier also generell um pflanzliche Sekundärstoffe, durch die die Arzneipflanzen charakterisiert sind.

Thiocone selbst hat die Crucifere Arabidopsis thaliana untersucht, deren Genom vollständig sequenziert ist. Er hat sie verschiedenen Stressfaktoren ausgesetzt, um deren Einfluss auf den Stoffwechsel festzustellen. Die Analyse der Extrakte zeigte, dass der jeweilige Stress das Metabolom erheblich verändert hatte. Dieses aufgrund bisheriger Versuchsanordnungen nicht verwunderliche Ergebnis – man denke insbesondere an Stressversuche mit Gewebekulturen – soll nun in einen kausalen Bezug zur Genexpression gestellt werden. Ob sich daraus einmal die Metabolomik als eigenständige Forschungsrichtung entwickelt, bleibt abzuwarten.

Auch A. Lendl von der Universität Wien gewann einen Posterpreis. Sie konnte die Rubiacee Chione venosa als Stammpflanze der aphrodisischen Rinden- und Wurzeldroge "Bois Bandé" identifizieren, die auf Grenada und anderen westindischen Inseln beheimatet ist. Ein erstes Screening machte glykosylierte Terpenoide als Wirkstoffe wahrscheinlich.