Ein Forscherteam der Königlich-Technischen Hochschule (KTH) in Stockholm und von DESY sucht an DESYs Forschungslichtquelle PETRA III nach innovativen Methoden, um Patienten sehr genau dosierte Medikamente zu verabreichen. So sollen Wirkstoffe, die außer einem therapeutischen Effekt auch gravierende Nebenwirkungen haben können, exakt in der idealen Konzentration vom Patienten eingenommen werden können. Beispielsweise haben viele der aktuellen Kandidaten für mögliche Corona-Medikamente starke Nebenwirkungen. Mittelfristig kann solch eine Verabreichung auch ein Schritt zu einer personalisierten Medizin sein.

Die Suche nach einem Medikament gegen das SARS-CoV-2-Virus in der akuten Corona-Pandemie konzentriert sich auf viele bereits zugelassene oder sich gerade in der Testphase befindliche Wirkstoffe. Die Weltgesundheitsorganisation WHO hat eine Liste von 30 bis 40 solcher Medikamente zusammengestellt und ruft mit ihrem Programm „Solidarity“ ein weltweites Netzwerk von Forscherinnen und Forschern auf, diese auf ihre Anwendbarkeit hin zu untersuchen. Ein Problem dabei: Es handelt sich teilweise um sehr aggressive Medikamente, die heftige Nebenwirkungen hervorrufen können: Medikamentöse Hammer wie Mittel gegen Ebola oder Bauchspeicheldrüsenkrebs sind bei zu hoher Dosierung sogar mit einem erheblichen Sterberisiko des Patienten verbunden. Umso wichtiger ist für eine Therapie eine sehr fein dosierbare Verabreichung der Wirkstoffe.

Das deutsch-schwedisch Forscherteam möchte dieses Problem bei der Wurzel packen und untersucht an der PETRA III-Strahlführung P03 einen neuen Ansatz zur Herstellung und Verabreichung von Medikamenten in niedrigsten Dosen. „Schon Paracelsus sagte: ´Alle Dinge sind Gift, und nichts ist ohne Gift; allein die Dosis macht´s, dass ein Ding kein Gift sei´“, sagt DESY-Forscherin Simone Techert, die das Forschungsprojekt zusammen mit dem Leiter der Messstation P03, Stephan Roth, koordiniert. „Das gilt für einige aktuelle SARS-CoV-2-Medikamentenkandidaten ganz besonders, auch weil man bedenken muss, dass man das Medikament einem vielleicht schon deutlich Covid-19-geschwächten Patienten verabreicht.“

Obwohl das Projekt in der Hochphase von Sicherheitsvorkehrungen und Homeoffice bei DESY starten sollte, fand sich das Team zur Durchführung der Untersuchungen schnell zusammen. „Auf meine E-Mail-Anfrage, wer bei den Messungen mitmachen möchte, kamen fast alle Antworten innerhalb von fünf Minuten – alles Zusagen“, erzählt Stephan Roth.

Die Forscherinnen und Forscher verfolgen in ihrem Projekt mehrere Zielrichtungen: Zum einen wollen sie mit dem hochfeinen Röntgenstrahl erkennen, wie man einen Wirkstoff kontrolliert sehr fein dosiert und gleichmäßig auf ein Trägermaterial aufbringt – eine Grundvoraussetzung, um die verabreichte Dosis exakt zu bestimmen. Das Team nutzt dafür verschiedene Trägermedien. „Je nachdem, ob sich ein Wirkstoff besser mit zuckerartigen Materialien oder mit den Aminosäuren der Proteine verbindet, passen wir das Trägermaterial an“, sagt Techert. Beim Auftragen kann der Wirkstoff sich in lokal vorhandenen kleinen Hohlräumen in den Trägerstoffen einnisten – diesen Vorgang wollen die Forscherinnen und Forscher mit Hilfe des Röntgenlichts genau verstehen. Das so hergestellte Medikament könnte genauer als übliche Medikamente dosiert werden und zu einer sehr genauen Verabreichungsmethode führen. „Unser Ziel ist es, smarte Carrier für eine kontrollierte Dosierung von wenigen Molekülen bis in den Milligrammbereich hinzubekommen“, erklärt Techert.

Gleichzeitig erforscht das Team auf diese Weise grundsätzlich, wie sich die Wirkstoffe verhalten, wenn sie auf Oberflächen treffen – ein Vorgang, wie er auch bei der Verabreichung beispielsweise im Rachen stattfindet. „Beispielsweise könnte die Kristallisation eines Wirkstoffs durch zu hohe Konzentration nicht nur zur Abschwächung der Wirkung führen, sondern sogar gesundheitliche Schäden beim Patienten hervorrufen“, erklärt Roth. Ein entscheidendes Plus der technischen Ausrüstung an der PETRA-Messstation für solche Experimente ist, dass sie auch bei Körpertemperatur und damit unter lebensnahen Bedingungen durchgeführt werden können.

Über die Fortschritte ihrer Forschung, für die Expertisen aus den Gebieten Materialwissenschaften, Medikamenten-Grundlagenforschung und Medizin gebündelt wurden, informieren die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sofort auch mögliche Anwender. Simone Techert: „Wir sind in laufendem Kontakt zum Beispiel mit Universitätskliniken, die unsere Erkenntnisse gleich in ihre medizinischen Studien einfließen lassen.“ Letztlich sollen die Ergebnisse aber vielen Bereichen zugutekommen: Pharmaindustrie und medizinischer Industrie sowie medizinischen Institutionen, Kliniken und pflegerelevanten, medizinisch-therapierenden Bereichen.