Univ.-Prof. Doz. (ETH) Dr. Anton Amann
“FEM_PERS bietet Schülerinnen und Schülern die phantastische Chance, mit WissenschafterInnen der ÖAW aktiv an einem medizinischen Forschungsprojekt mitzuarbeiten. Somit werden durch Sparkling Science die Karrierewege in naturwissenschaftliche und medizinische Studien geebnet.”

FEM_PERS

Entwicklung von Atemtests für die personalisierte Medizin

Medikamente können Nebenwirkungen aufweisen, oder alternativ gar keine Wirksamkeit entfalten. Beides ist unerwünscht und sollte in der sogenannten "personalisierten Medizin", welche Medikamente und deren Dosen an die jeweilige PatientIn anpasst, vermieden werden.

Ein typisches Beispiel eines potentiell nicht wirksamen Medikamentes ist Tamoxifen, das in der Chemotherapie von Brustkrebs eingesetzt wird. Tamoxifen ist ein sogenanntes "pro-drug", also die Vorstufe eines Wirkstoffes welche erst im menschlichen Körper durch das Enzym CYP2D6 zum richtigen Wirkstoff umgesetzt werden muss. Wenn die Umsetzung durch CYP2D6 nicht genügend effizient funktioniert, kann Tamoxifen keine Wirkung entfalten.

Um die Chemotherapie mit Tamoxifen optimal einstellen zu können, ist also die Kenntnis der CYP2D6-Aktivität in der jeweiligen Patientin entscheidend.

Genetische Tests liefern Basisinformation über den CYP2D6-Status einer Patientin: Das Gen für CYP2D6 auf Chromosom 22 kann eine Mutation aufweisen, die CYP2D6 inaktiviert. Dies kann auf beiden Chromosomen 22 der Fall sein (komplette Inaktivierung) oder nur auf einer der beiden Genkopien (partielle Inaktivierung). Da verschiedenste Mutationen (mit partieller Inaktivierung von CYP2D6) auftreten können, und da die Wirkung von CYP2D6 auch durch andere Medikamente gehemmt werden kann, liefert der genetische Test nur bedingt aussagekräftige Resultate.

Als Alternative zum genetischen Test lässt sich die Aktivität des Enzyms CYP2D6 in einer Patientin messen. Dafür wird ein Prüfstoff verabreicht und eingenommen, der durch CYP2D6 in Kohlendioxid CO2 umgewandelt wird. Das entstandene Kohlendioxid wird abgeatmet. Damit das aus dem Prüfstoff entstehende Kohlendioxid im Atemgas erkannt werden kann, wird es mit dem nicht-radioaktiven Kohlenstoffisotop 13C markiert. 13CO2 unterscheidet sich von dem normalen Kohlendioxid 12CO2 und kann mit einem entsprechenden Messgerät quantifiziert werden. Je mehr 13CO2 nach Einnahme des Prüfstoffes ausgeatmet wird, umso aktiver ist CYP2D6 im Körper.

Der darauf basierende CYP2D6-Atemtest ist einfach durchzuführen, und gibt eine verläßliche Auskunft darüber, ob und in welcher Dosis die Chemotherapie mit Tamoxifen durchgeführt werden kann. Für die Patientinnen ist der Test nicht unangenehm und von entscheidender Bedeutung für die richtige Einstellung ihrer Therapie.

Was für Tamoxifen gilt, ist auch für andere Medikamente richtig: Die Dosis muss immer der jeweiligen PatientIn angepasst werden. Grundsätzlich könnte man für jedes Medikament einen Atemtest entwickeln und die Dosis korrekt einstellen. Dies wird sicherlich in den nächsten 20 Jahren umgesetzt werden. Im Moment werden Atemtests nur für sehr kritische, potentiell lebensrettende oder lebensgefährliche Medikamente entwickelt und validiert. In der klinischen Praxis werden diese Atemtests erst in Studien umgesetzt.

Im Rahmen von FEM_PERS werden SchülerInnen mit ForscherInnen Atemtests selbst durchführen und weiterentwickeln, sowie Experimente am Ergometer oder im Schlaflabor kennenlernen oder biomathematischen Daten analysieren. Dabei werden auch endogene (im Körper gebildete) flüchtige Substanzen im Atemgas untersucht. FEM_PERS offeriert Möglichkeiten, das technische Interesse der Schülerinnen zu fördern und somit einen transdisziplinären Brückenschlag für das wissenschaftliche Forschungsziel zu erreichen.

FEM_PERS ist ein herausragendes Science Center in Vorarlberg und Tirol zur Förderung von Schülerinnen und Maturantinnen in den Bereichen der Naturwissenschaften (Medizinische Chemie, Molekularbiologie) und der Technischen Wissenschaften. Es ermöglicht SchülerInnen Einblicke in ein aufstrebendes Forschungsgebiet. Das Konsortium besteht aus Vorarlberger und Tiroler Forschungseinrichtungen, in- und ausländischen Partnerschulen, einer ausländischen Forschungsinstitution in Bratislava (Slowakei) und einer weltweit agierenden GelehrtInnengesellschaft.

Hauptziele

1. Validierung eines Atemtests zur Feststellung von genetisch bedingter Unverträglichkeit des Chemotherapeutikums Tamoxifen an 30 Patientinnen
2. Entwicklung eines Atemtests für das Cytochrom P450 Enzym CYP3A4
3. Durchführung von Atemtests zur Erkennung von Fruktose- und Laktose-Unverträglichkeit
4. Echtzeit-Atemgasanalytik mit modernen „time-of-flight“ Massenspektrometern.

Projektleitende Einrichtung
Österreichische Akademie der Wissenschaften, Institut für Atemgasanalytik, Dornbirn
Projektleitung: Univ.-Prof. Doz. Dr. Anton Amann
Projektkoordinator: MMMag. Marco Freek, marco.freek@oeaw.ac.at, Tel. +43 664 80515 60000

Wissenschaftliche Partner
• Medizinische Universität Innsbruck
• Fachhochschule Vorarlberg GmbH

Partner aus Wirtschaft und Gesellschaft
Tiroler Landeskrankenanstalten GmbH

Beteiligte Schulen
• Akademisches Gymnasium Innsbruck, Tirol
• BG Dornbirn, Vorarlberg
• BRG Adolf-Pichler-Platz, Innsbruck, Tirol
• Liceum Ogolnoksztalcace, Torun, Polen

Laufzeit
1. Oktober 2012 - 30. September 2014