Die Chemie besinnt sich auf Naturstoffe – und produziert Heilmittel aus Pflanzen. Wo die klassische Chemie nicht weiterkommt, hilft eine neue Generation von Phytopharmaka. Sie ist das Ergebnis der Synthese klassischer Pflanzenkunde mit Methoden modernster Analytik, Biotechnik und Naturstoffchemie.
Seine Studienobjekte findet Gerhard Bringmann einfach “aufregend”. Ihre Namen sind wahre Zungenbrecher: Ancistrocladus heyneanus und Triphophyllum peltatum heißen die tropischen Lianen, die der Chemieprofessor in seinem Labor im Institut für organische Chemie der Universität Würzburg untersucht. Aus botanischer Sicht findet Bringmann sie aufregend, weil sie zeitweise Fleischfresser sind. Doch den Chemiker in ihm begeistern mehr die Inhaltsstoffe dieser Gewächse aus den afrikanischen und asiatischen Regenwäldern: Sie gehören zu den Alkaloiden, einer Stoffgruppe mit hoher biologischer Wirksamkeit. Auch die Gifte aus Schierling, Tabak und Tollkirsche zählen dazu. Die Lianenalkaloide könnten wirkungsvolle Waffen im Kampf gegen Krankheiten wie Malaria und Aids werden.
Die Medizinmänner der Dschungelvölker setzen Lianentees schon seit langem zur Malariabehandlung ein. Bringmann gelang es, die wirksamen Substanzen zu isolieren und ihre Struktur aufzuklären. In ersten Versuchen erwiesen sie sich als sehr effektiv. Zur Zeit werden sie im Schweizer Tropeninstitut in Basel getestet: Wo wirken sie, wie stark wirken sie und welche Nebenwirkungen haben sie? Im Tierversuch ist es schon gelungen, Mäuse vollständig von Malaria zu heilen. Sogar gegen Aids könnten diese speziellen Alkaloide eingesetzt werden:
Sie unterbinden die Zerstörung menschlicher Immunzellen durch die Aids-Viren und hemmen deren Vermehrung – und zwar auch bei solchen Virusstämmen, die gegen das häufig eingesetzte Medikament AZT (Azidothymidin) resistent sind. Dennoch weiß der Würzburger Chemiker, daß er weit in die Zukunft blickt, wenn er von diesen Substanzen natürlicher Herkunft – optimiert durch die moderne Naturstoffchemie – irgendwann die Heilung von Aids und Malaria erhofft.
“Vor 100 Jahren”, erzählt Harald Schmidt, “untersuchte ein Wissenschaft-ler die Kamille, ein anderer die Pfefferminze. Beide wollten herausfinden, welche Anwendungsmöglichkeiten in den Bereich der Sage gehören und welche reproduzierbar sind.” Mit diesem methodischen Herumtasten von Einzelgängern hat die moderne phytopharmazeutische Forschung nichts mehr zu tun. Schmidt, Professor am Institut für Pharmakologie und Toxikologie der Universität Würzburg, geht bei der Suche nach wirksamen pflanzlichen Stoffen penibel systematisch vor und zäumt dabei gleichsam das Pferd von hinten auf.
Ausgangspunkt ist für ihn stets nicht die Pflanze, sondern die Angriffsstelle eines Medikaments im menschlichen Organismus. Mal soll eine bestimmte Kontaktstelle auf der Oberfläche einer Zelle, mal soll ein Enzym blockiert werden. Diese Kontaktstellen haben je nach ihrer Funktion besondere Formen, sehen mal aus wie Antennen, mal wie Dellen in der Zelle. Die Biochemiker suchen pflanzliche Stoffe, die zu diesen Strukturen passen, wie der Schlüssel zum Schloß. Kommen beide zusammen, ist das Ergebnis entweder die Aktivierung oder die Blokkade eines biochemischen Prozesses. Beides kann erwünscht sein, um eine medizinische Wirkung zu erzielen. In dieser Arbeit sieht Schmidt die großen Chancen der Arzneipflanzenforschung: “Wir suchen neue Wege, wo man mit synthetischer Chemie nicht weiterkommt. Ein Chemiker kann sich gar nicht so komplexe Strukturen ausdenken, wie man sie in der Natur findet.”
Durch den Einfluß der Chemie hatte die Bedeutung der pflanzlichen Heilmittel (Phytopharmaka) im vorigen Jahrhundert vorübergehend abgenommen. Immer besser war es Chemikern gelungen, Stoffe zur Bekämpfung von Krankheiten im Labor herzustellen. Doch auch sie benutzten dabei oft die Natur als Vorbild für die Synthese ihrer Wirkstoffe. So ist es zwar heute kaum einem Patienten bewußt, daß er beim Kauf von Aspirin ein ursprünglich aus einer Pflanze stammendes Mittel erwirbt, aber die Vorlage für das Schmerzmittel lieferte einst die Rinde der Silberweide mit ihren Inhaltsstoffen. Vor 100 Jahren isolierte der Pharmaziedoktorand Felix Hoffmann die reine Acetylsalicylsäure (Kürzel: ASS), die die Firma Bayer 1899 als Aspirin beim Kaiserlichen Patentamt in Berlin schützen ließ.
Rund 100000 Wirkstoffe aus Pflanzen sind der Wissenschaft inzwischen bekannt, doch nicht einmal 1000 davon werden in Arzneimitteln eingesetzt. “Das liegt vor allem daran, daß die klassische Suche nach biologisch wirksamen Naturstoffen zeitraubend, teuer und uneffektiv ist”, sagt Harald Schmidt.
Wissenschaftler forschen deshalb nach Möglichkeiten, die Isolierung und Analyse von pflanzlichen Inhaltsstoffen zu beschleunigen. Erfolgreich ist dabei die Berliner AnalytiCon AG. Maximal 24 Stunden braucht das von der Firma entwickelte Gerät SEPBOX, um einen Pflanzenextrakt in mehr als 300 Einzelkomponenten zu zerlegen. Innerhalb einer Woche kann dann die chemische Struktur der einzelnen Substanzen entschlüsselt werden.
AnalytiCon verwaltet mit mehr als 12000 isolierten Substanzen meist pflanzlicher Herkunft eine der größten Naturstoffbanken weltweit in ihren Kühlschränken. In Zusammenarbeit mit verschiedenen Universitäten haben die Firmenforscher inzwischen acht Substanzen soweit entwickelt, daß sie in der Klinik getestet werden, darunter eine gegen Brustkrebs wirkende Substanz aus Wolfsmilchgewächsen und ein aus einem Pilz isoliertes Zellgift gegen einen Tumor des Nervensystems, das Neuroblastom. Die Suche nach Wirkstoffen sei weitgehend zufallsgesteuert, erzählt Dr. Kai Uwe Bindseil, Leiter der Arbeitsgruppe Naturstoffchemie bei AnalytiCon: “Wenn die Großindustrie einmal loslegt, dann testet sie an die eine Million Substanzen durch. Der entscheidende Faktor ist dann nur noch: Wie schnell geht’s?”
Die Stoffe, die die Forscher dabei finden, müssen sich heute in klinischen Studien genauso bewähren wie synthetische Arzneimittel. Aber sie brauchen den Vergleich nicht zu scheuen. So gibt es zum Beispiel eine ganze Reihe pflanzlicher Substanzen, die sich in der Rheumatherapie soweit bewährt haben, daß sie die bisher häufig verschriebenen synthetischen Antirheumatika ersetzen können.
Ein Extrakt aus der Teufelskralle erwies sich als ein wirksames Schmerzmittel für Patienten mit akuten Rückenbeschwerden. Nach vier Wochen Therapie mit täglich 50 Gramm Extrakt war ein Fünftel der Patienten vollkommen schmerzfrei. Extrakte aus Brennesseln hemmen gelenkzerstörende Interleukine. Zwei große medizinische Untersuchungen belegten positive Effekte bei insgesamt 9000 Patienten mit Arthrosen und rheumatischer Arthritis.
Bindseil sieht bei der Phytotherapie zwei Trends: Zum einen die Ethnobotanik, die sich mit traditionellen Heilpflanzen der Entwicklungsländer beschäftigt. Die Wissenschaftler gehen von den überlieferten Wirkungsweisen der Pflanzen aus und versuchen, die verantwortlichen Inhaltsstoffe aufzuspüren. Die Pflanze bleibt Lieferant des Medikaments. Der zweite Trend geht einen Schritt weiter: Ist die reine Form einer wirksamen pflanzlichen Substanz erst isoliert, versuchen Pharmazeuten, sie in großem Maßstab zu produzieren.
Ein Beispiel aus der Ethnobotanik ist das Artemisin, das sich im Kampf gegen die Malaria als sehr erfolgreich erwies. Die Substanz stammt aus dem Einjährigen Beifuß, den die chinesische Volksmedizin schon seit 2000 Jahren kennt. Er diente traditionell der Behandlung von Hämorrhoiden. Erst 1967 erkannte man, daß der Inhaltsstoff Artemisin gegen den Malaria-Erreger Plasmodium wirksam ist. Vor zwei Jahren bewiesen verschiedene Studien weltweit, daß Artemisin gerade bei solchen Plasmodienstämmen wirkt, die gegen herkömmliche Medikamente bereits resistent sind. Bei einer Untersuchung mit rund 5000 Patienten im Westen Thailands konnte der gegen Chemotherapeutika wie Chloroquin und Mefloquin resistente Malaria-Erreger durch Artemisin-Präparate wieder zurückgedrängt werden. Die Artemisinbehandlung bewirkt eine Art chemischer Kastration der Erreger.
Die Krebsforscher haben die als Giftpflanze bekannte Eibe als Heilpflanze wiederentdeckt. Ein Handbuch der Drogenkunde von 1950 beschreibt ihre Nadeln noch als volksmedizinisch genutztes “Wurmmittel” sowie als Medikament gegen “Epilepsie, Mandelentzündung und Diphtherie”. Heute interessieren sich Mediziner besonders für das aus der Rinde der nordamerikanischen Eibe isolierte Taxol.
Taxol hemmt das Wachstum der Tumorzellen beim Eierstockkrebs. Da man es aus der Eibenrinde nicht in genügendem Maße gewinnen kann, ohne die Existenz der Eibe zu gefährden, isoliert man das Taxol inzwischen aus Pilzkulturen. Der in der Eibe wachsende Pilz Taxomyces produziert den Stoff ebenfalls.
Statt auf die Eibe setzen die Ulmer Medizinerin Dr. Simone Fulda und ihre Kollegin Dr. Claudia Friesen, Chemikerin, ihre Hoffnungen im Kampf gegen den Krebs auf die Birke. Sie isolierten aus der weißen Rinde von Birken den Stoff Betulinsäure. Wie sie herausfanden, kann er Tumorzellen in den Selbstmord treiben. Dieser programmierte Zelltod (Apoptose) sorgt dafür, daß in Geweben, die sich schnell erneuern müssen – der Darmwand etwa oder der Haut – Zellen kontinuierlich absterben und neu entstehen.
In wuchernden Tumorgeweben ist dieses Selbstmordprogramm oft ausgeschaltet. Dem Leiter der Ulmer Arbeitsgruppe, Prof. Klaus-Michael Debatin, gelang es vor kurzem, einen an diesen Vorgängen beteiligten Mechanismus aufzuklären. Ein Zusammenspiel von verschiedenen Eiweißen in der Zellmembran löst das Selbstmordprogramm der Zelle aus. In Tumoren, in denen dieses System nicht mehr zu aktivieren ist, können auch Chemotherapeutika nichts ausrichten. Die Betulinsäure ist nun in der Lage, Tumorzellen unabhängig von diesem System zu töten. Eine große Untersuchung der amerikanischen Gesundheitsbehörde NIH hat ihre Wirkung auf Hautkrebszellen bewiesen. Nun wollen die Ulmer Forscher – zunächst im Tierversuch – die Wirksamkeit gegen Neuroblastome erforschen, eine vor allem bei Kindern relativ häufige Form von Gehirnkrebs.
Bis zum Anfang des vorigen Jahrhunderts haben sich die Heilmittel pflanzlichen Ursprungs in Europa bemerkenswert wenig verändert. Eine Arznei aus dem 18. Jahrhundert unterschied sich kaum von einer aus dem 13. Jahrhundert. Doch seit gut 100 Jahren hat sich in der Forschung viel getan. Zwar glaubte man vorübergehend, die Heilpflanzen selbst vernachlässigen zu können, als man ihre Inhaltsstoffe zu synthetisieren lernte. Jetzt entdecken die Pharmazeuten die Fülle ihrer Wirkstoffe mit Hilfe modernster Techniken wie Hochdruckflüssigkeits-Chromatographie und Spektrometrie wieder – und der biotechnische Fortschritt eröffnet der Phytotherapie wieder ganz neue Möglichkeiten.
So wurde bereits versucht, Pflanzenzellen in Tiere einzupflanzen. Dort sollen sie als biologische Pumpen dienen, die ihre Wirkstoffe kontinuierlich ins Blut oder an die inneren Organe abgeben. Andere Forscher versuchen, die pflanzlichen Gene, die die Information für bestimmte Wirkstoffe tragen, ausfindig zu machen und ihre Aktivität zu verstärken, um so eine größere Ausbeute der gewünschten Stoffe zu erhalten.
Wer den langen Weg der “grünen Medizin” vom Kamillentee über das synthetische Aspirin und die modernen Krebsmittel bis zu den Medikamentenpumpen aus Pflanzenzellen verfolgt, der wird vermutlich den Optimismus des Würzburger Chemikers Gerhard Bringmann teilen: “Pflanzen und ihre Inhaltsstoffe besitzen ein unglaubliches Potential, viele medizinische Probleme der Menschen zu lösen.”
Susanne Liedtke
