2014-Tokyo-Hermann

Aufenthalt an der HOSHI UNIVERSITY in Tokyo
Anschrift: 2-4-41 EBARA, SHINAGAWA, TOKYO 142-8501, JAPAN
Zeitraum: 18.7.2014- 11.8.2014
Teilnehmer: Anna Mütterlein und Cornelius Hermann (beide Pharmaziestudenten des 8.
Fachsemesters an der Julius – Maximilians – Universität in Würzburg)
Vorbereitung:
Im Vorfeld wurden drei Projekte ausgearbeitet, die in Zusammenarbeit zwischen der Hoshi University
Tokyo und der Julius - Maximilians - Universität Würzburg durchgeführt werden sollen.
Wir Studenten wurden jeweils einem Projekt zugeteilt.
Anna Mütterlein:
Mein Projekt beschäftigt sich mit dem Insulin like Growth Factor l (IGF l). Es handelt sich dabei um ein
wirksames Therapeutikum bei diabetischer Neuropathie. Ziel ist es, den Wirkstoff für den Menschen
verfügbar zu machen. Die Universität in Würzburg ist dabei für die Herstellung des Proteins (zunächst
des murinen Proteins) und die Formulierung der Arzneiform zuständig, wohingegen die Hoshi
University die Arzneiform an diabetischen Mäusen testet und entsprechende Parameter zur
Bewertung der Pharmakokinetik und -dynamik auswertet. Die Vorbereitung bestand für mich
hauptsächlich darin, mich mit dem aktuellen Forschungsstand der Universität Würzburg vertraut zu
machen. Ich bekam Hilfe durch eine Doktorandin, die sich mit dem oben genannten Protein
beschäftigt. Sie hat mir sowohl Material zur Verfügung gestellt, in das ich mich einlesen konnte, als
auch meine Fragen dazu beantwortet. In Würzburg ist es gelungen, das Protein zu synthetisieren und
an einen cleavable linker zu bauen. Dieser wiederum ist an PEG gebunden, wodurch die
Halbwertszeit stark erhöht werden kann. Der cleavable linker lässt sich enzymatisch durch MMP-8
spalten, welches hauptsächlich im entzündeten Gewebe exprimiert wird, das dem Fettgewebe eines
diabetischen Tieres entspricht. Somit wird eine sehr hohe Selektivität erreicht.
Cornelius Hermann:
Das Forschungsprojekt, dem ich zugeteilt war, befasste sich mit gentechnischen Ansätzen zur
Morphinsynthese. Hierbei wurde ein Bakterium namens BD3100 verwendet, welches in der Lage ist,
Berberin zu spalten und es als Kohlenstoffquelle zu verwenden. Das langfristige Ziel soll sein, aus den
Spaltprodukten des Berberins zuerst s-Reticulin und dann, entweder auf biotechnologischem Weg
oder mittels chemisch synthetischem Ansatz, Morphin kostengünstiger herzustellen, als es im
Moment verfügbar ist.
In Würzburg bekam ich von Dr. Fekete von dem Lehrstuhl für pharmazeutische Biologie eine
Einführung in die Analysenmethoden von Metabolomen. In Würzburg wird dafür fast ausschließlich
ein Massenspektrometer mit verschiedenen Detektoren, gekoppelt mit einer UPLC, verwendet.
Außerdem habe ich mich in die pflanzlichen Synthesewege von Morphin eingelesen und die
verschiedenen Methoden der Gentechnik noch einmal verinnerlicht.
Ablauf des Praktikums:
Am Tag nach unserer Ankunft, wurde uns die Universität gezeigt und wir wurden gemeinsam den
verschiedenen Arbeitskreisen der Universität vorgestellt. Die Begrüßung war sehr herzlich und
unsere Gastgeber schienen gut auf uns vorbereitet zu sein. Die Verständigung erfolgte auf Englisch.
Manchmal kam es zu Missverständnissen, aber unter Zuhilfenahme von Händen und
Übersetzungsprogrammen war die Kommunikation dann meistens doch gut möglich.
Wir durften uns in verschiedenen Laboren umsehen und konnten uns so einen guten Überblick über
die an der Hoshi Universität verfügbaren Möglichkeiten verschaffen. Die Hoshi University liegt im
Stadtteil Shinagwa-ku in Tokyo und knapp 2000 Studenten der Pharmazeutischen Wissenschaften
studieren hier in mehr als 20 Laboren. Untergebracht waren wir im New Otani Inn Hotel im selben
Stadtteil. Die Universität konnten wir innerhalb von etwa 15 Minuten gut mit dem Zug und einem
kurzen Fußweg erreichen. An den folgenden Tagen wurden wir häufig von den Promotionsstudenten
mit in die Labore genommen und durften die Arbeit mit Tiermodellen kennen lernen. Da dieser
Bereich in unserem Studium nicht praktisch behandelt wurde, war es sehr interessant dieses neue
Gebiet der Pharmazie kennen zu lernen.
Anna Mütterlein:
Ich habe beispielsweise gesehen, wie einem Tier ein appetitzügelnder Wirkstoff über eine Kanüle
direkt in den Hypothalamus injiziert wurde. Dieser Versuch ging über einen längeren Zeitraum und
die Wirksamkeit des Arzneistoffes wurde unter anderem über das Wiegen der Tiere im Vergleich zu
einer Gruppe an Kontrollmäusen überprüft. Um anschließend zu kontrollieren, ob der Wirkstoff in
den richtigen Gehirn- Abschnitt injiziert wurde, wurde das Gehirn in schmale Scheiben geschnitten
und angefärbt um die Einstichstelle erkennen zu können. Erst wenn auf diese Weise sichergestellt
werden konnte, dass die Einspritzung erfolgreich verlaufen ist, konnten die gemessenen Parameter
dieser Maus in die Ergebnisse mit eingehen.
Da das IGF l noch nicht applizier- fertig synthetisiert ist, konnte ich die praktische Arbeit an unserem
Projekt nicht durchführen.
Cornelius Hermann:
Ich war an der Analytik einiger Stoffwechselprodukte der BD3100 Bakterien mittels NMR beteiligt.
Gefunden wurden einige Komponenten wie z.B. Hydroxyberberin und Demethylberberin. Reticulin
konnte vorerst nicht aus den Metaboliten gewonnen werden. Außerdem wurde versucht, die DNASequenz der zuständigen CYP Enzyme mittels Transformation von Genombruchstücken auf High
expression Plasmide und anschließender Gelelektrophorese aufzuklären. Dies ist bis jetzt noch nicht
gelungen soll aber später dazu dienen, das Gen für weitere Verwendung des Enzyms aufgrund der
einfacheren Kultivierungsbedingungen in E. coli zu transformieren. Da die Inkubationsdauer von
BD3100 mit mindestens 24h sehr lang ist, konnten die Experimente nur schleppend durchgeführt
werden.
Desweiteren haben wir uns im Auftrag von Herrn Prof. Meinel, im Interesse einer Fortsetzung der
Partnerschaft mit der Hoshi Universität, in das Thema Interleukin 4 und dessen Effekte auf weißes
Fettgewebe eingearbeitet. Hierin sehen wir großes Potential eine längerfristige Zusammenarbeit
zwischen den beiden Universitäten aufzubauen, da sich in diesem Bereich die Interessen unserer
Fakultäten decken.
Wir konnten die Bibliothek und die darin befindlichen Computer der Hoshi Universität für die
Recherchen nutzen. Nachdem wir uns dort durch einige Papers einen Überblick über den aktuellen
Forschungsstand im Hinblick auf IL-4 und dessen Effekte auf Makrophagen und Adipocyten verschafft
haben, haben wir dazu einen kurzen Überblick auf Englisch verfasst. (befindet sich im Anhang)
Zusammengefasst kann man sagen: wenn ein Tier aufgrund einer hyperkalorischen Diät an Gewicht
zunimmt, nimmt auch das weiße Fettgewebe zu. Ebenfalls steigt die Anzahl der darin lokalisierten
Makrophagen. Es kommt somit zu einer schwachen, aber chronischen Entzündungsreaktion im
Fettgewebe. Dies kann zu einer chronischen Hyperglykämie durch eine gesteigerte Insulinresistenz
und somit schließlich zu Typ II Diabetes mellitus führen. Die Kommunikation zwischen Fettzellen und
Makrophagen läuft dabei nach folgendem Schema ab: Die Fettzellen sekretieren unter anderem freie
Fettsäuren, welche die Freisetzung von Entzündungsmediatoren wie z.B. TNFα aus den Makrophagen
anregen. TNFα begünstigt wiederum die Ausschüttung von freien Fettsäuren aus den Fettzellen,
sodass sich die Entzündung immer weiter verschlimmert.
Eine Möglichkeit der Intervention besteht darin, in das betroffene Gewebe Interleukin 4 zu
applizieren. IL-4 ist ein anti-inflammatorisches Cytokin, welches hauptsächlich von Eosinophilen
freigesetzt wird. Es begünstigt die Polarisierung der Makrophagen vom oben genannten
inflammatorischen M 1 – Typ hin zu dem entzündungshemmenden M 2 – Typ. Das äußert sich durch
eine Synthese der anti-inflammatorischen Genprodukte des STAT– 6- Pathways. Weitere Effekte des
IL-4 sind eine Forcierung der Lipolyse und eine Reduktion der Einlagerung von Triglyceriden in die
Adipocyten. Somit sollte nach der Behandlung mit IL-4 sowohl ein Rückgang der Inflammation, als
auch eine Gewichtsreduktion stattfinden.
Da IL-4 nur über eine sehr kurze Halbwertszeit verfügt und außerdem als Proteinarzneistoff relativ
teuer ist, muss die Darreichungsform sorgfältig durchdacht werden und pharmakokinetische
Parameter wie die Halbwertszeit und die Bioverfügbarkeit optimiert werden. Das könnte über eine
PEGylierung mittels eines bioresponsiven Systems erreicht werden.
Zuletzt haben wir eine Power Point Präsentation erstellt, um auch die Master- Studenten,
Promotionsstudenten und Professoren der Hoshi Universität auf das Thema vorzubereiten und die
Zusammenarbeit an diesem Projekt einzuleiten. In einem Seminarraum konnten wir nach
ausführlicher Einleitung durch Herrn Prof. Meinel die Idee, die hinter dem Projekt unsere Arbeit
steht, vor dem Arbeitskreis, mit dem die Kooperation geplant ist, präsentieren.
Anschließend wurde zusammen ein grober Plan für das IL-4 Projekt ausgearbeitet. Die
Zusammenarbeit soll im Jahr 2015, nach erfolgreichem Abschluss des IGF l Projektes, starten. Die
Produktion des an die Maus angepassten IL-4 und die Entscheidung über die Darreichungsform und
dessen Herstellung sollen in Würzburg stattfinden. Dagegen wird die Hoshi Universität das aus
Würzburg erhaltene IL-4 ihren gemästeten Fettleibigkeitsmodellmäusen verabreichen und die
Entzündungsaktivität im Fettgewebe beobachten. Zuletzt werden Parameter, wie die Arginase 1,
einem sehr bedeutenden Marker im Maus- Modell, herangezogen um die Wirksamkeit der
Behandlung zu ermitteln.
Rahmenprogramm:
Das Rahmenprogramm war ebenso vielfältig wie der Universitäre Alltag. Wir wurden auf zahlreiche
Willkommensfeiern mit großer Auswahl an typisch japanischen Gerichten und Getränken eingeladen.
Außerdem haben wir gelernt mit Stäbchen zu essen und einige Phrasen auf Japanisch zu formulieren.
An zwei Tagen hatten wir das große Glück von Ortskundigen durch Tokyo geführt zu werden. Wir
haben unter anderem unser Schicksal am ältesten buddhistischen Tempel in Asakusa „bestimmt“,
den Garten des Kaiserpalastes besichtigt, die große Kreuzung in Shibuya überquert und die Aussicht
vom Tokyo Tower über die nächtliche Großstadt genossen.
An unserem letzten Wochenende in Japan konnten wir außerdem an dem Labor Trip unseres
Gastgeberarbeitskreises teilnehmen. Wir verbrachten eine Nacht in einem typisch japanischen Hotel
mit Tatamimatten statt westlichen Betten. Nach einem großartigen Abendessen, haben wir unter
Anleitung der Japaner die heißen Quellen besucht. Auch wenn das Wasser ungewohnt heiß war,
waren wir danach sehr entspannt und konnten das Abendprogramm mit Moderation und
„Modenschau“ in vollen Zügen genießen. Typischerweise ging es anschließend auf eine „second
party“ in einem eigens dafür freigeräumten Hotelzimmer, wo die ganze Gruppe den Abend bei Sake
und Shōchū („japanischer Wodka“) ausklingen ließen. Am nächsten Tag ging es nach Besuch einer
Glasmanufaktur und eines kleinen Dörfchens, welches für seine Handwerkskünste bekannt ist,
wieder zurück nach Tokyo, wo nach einem knappen Monat an der Hoshi Universität der Abschied
von den neu gewonnenen Freunden anstand.
Hiermit erklären wir unser Einverständnis, dass sich Interessenten für gleichartige Projekte mit
Fragen unter den folgenden Kontaktadressen an uns wenden können.
25.09.14, Anna Mütterlein, [email protected]
25.09.14, Cornelius Hermann, [email protected]