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Nobelpreise wieder von USA und Männern dominiert

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04.10.2018

Von Krebstherapien, die das Immunsystem entfesseln, über Werkzeuge aus Licht bis zur Entwicklung "grüner Chemie": Die Nobelpreise in Medizin, Physik und Chemie gingen dieses Jahr an insgesamt acht Forscher, davon vier aus den USA und je einer aus Frankreich, Großbritannien, Japan und Kanada. Zwei der Preisträger sind Frauen.

Die Auszeichnung ist in diesem Jahr mit neun Millionen Schwedischen Kronen (870.000 Euro) dotiert und wird am 10. Dezember in Stockholm verliehen.

MEDIZIN: Immuncheckpoint-Blockade als "Hit"

Der US-Forscher James Allison (MD Anderson Medical School Houston/Texas/USA) und der japanische Wissenschafter Tasuku Honjo (Universität Kyoto) teilen sich den diesjährigen Nobelpreis für Physiologie und Medizin, wie das Nobelpreiskomitee bekannt gab. Sie werden für Entdeckungen ausgezeichnet, welche zur Immuntherapie gegen Krebserkrankungen durch Immuncheckpoint-Blockade führten.

"Krebs tötet Millionen Menschen jedes Jahr, er ist einer der größten Gesundheitsherausforderungen", schrieb das Nobelpreiskomitee. "Während der 1990er-Jahre untersuchte James P. Allison an der Universität von Kalifornien in Berkeley, das T-Zell-Protein CTLA-4. Er war einer von mehreren Wissenschaftern, welche die Beobachtung machten, dass CTLA-4 als 'Bremse' für die T-Immunzellen fungiert." Honjo von der Kyoto Universität wiederum hatte 1992 ein anderes Protein auf der Oberfläche von T-Immunzellen entdeckt. "Entschlossen, seine Rolle aufzuklären, führte er eine Serie von eleganten Experimenten über mehrere Jahre an seinem Institut an der Kyoto Universität durch. Die Ergebnisse zeigten, dass PD-1 - ganz ähnlich wie CTLA-4 - als Hemmschuh für die T-Zellen wirkt", merkte das Nobelpreiskomitee an.
Der Hintergrund: Auf den T-Lymphozyten (T-Zellen, Immunzellen) finden sich eine ganze Reihe von Oberflächenproteinen, welche für die Interaktion mit anderen Zellen, für die Aktivierung oder das Stillhalten der Immunzellen verantwortlich sind. Allison entdeckte CTLA-4 auf T-Zellen. Tasuku Honjo fand PD-1 auf Immunzellen. In den Jahren darauf wurde auch noch das an PD-1 bindende Protein PD-L1 identifiziert. Mit monoklonalen Antikörpern wie Ipilimumab (gegen CTLA-4), Nivolumab (und bereits viele andere gegen PD-1) oder Atezolizumab (gegen PD-L1 gerichtet) stehen damit seit wenigen Jahren im Vergleich zu Chemotherapeutika erstmals wirksame Immuntherapeutika gegen Krebs zur Verfügung.

"Zugelassen sind solche Medikamente beim Bronchuskarzinom, Blasenkarzinom, Nierenzellkarzinom, Hodgkin-Lymphom, HNO-Karzinomen, bei Magenkrebs, Leberzellkarzinomen und anderen bösartigen Erkrankungen", sagte der Koordinator des Comprehensive Cancer Center in Wien, Christoph Zielinski. Die Erfolge der Hunderten klinischen Studien in diesem Bereich haben auch dazu geführt, dass Immuncheckpoint-Blockade bei einigen Krebserkrankungen bereits in die "Erstlinien-Therapie" von nicht vorbehandelten Patienten rückt. Zumeist aber werden sie derzeit noch angewendet, wenn eine Chemotherapie oder eine zielgerichtete medikamentöse Behandlung ihren Effekt eingebüßt bzw. ein Rückfall erfolgt ist. Freilich die anfänglichen Ergebnisse mit diesen Therapien, welche von Ansprechraten bei Krebspatienten von 40 und mehr Prozent sprachen, waren wohl zu euphorisch. Zielinski sagte dazu: "Bei 20 bis 25 Prozent der Behandelten erreicht man derzeit eine langfristige Kontrolle der Erkrankung."

Noch Hürden zu überwinden

Das größte Problem liegt darin, dass es bisher keinen (Labor-)Wert gibt, mit dem sich vor einer Immuntherapie ein zu erwartender Effekt vorhersagen lässt. Weitere Probleme im Rahmen einer solchen Therapie stellen beispielsweise Autoimmun-Nebenwirkungen und Probleme bei der Bestimmung von Wirkung oder Versagen der Behandlung dar. Um die Wirkung der neuen Immuntherapien zu erhöhen, wird in zahlreichen Studien die Kombination mit anderen Behandlungsformen erprobt: Mit Chemotherapeutika, anderen Biotech-Medikamenten (Anti-Angiogenese), Strahlenbehandlung und anderen Immuntherapeutika (Impfungen).

"Die Immuncheckpoint-Blockade stellte erstmals auf diesem Gebiet einen Durchbruch dar und ist rasch zu einem Behandlungsprinzip - zunächst bei Melanom, dann bei Lungenkrebs, Nierenzellkarzinomen und anderen Krebserkrankungen - geworden", sagte Matthias Preusser, nunmehr Professor für Internistische Onkologie von MedUni Wien/AKH, gegenüber der APA. Er sprach von einem "Paradigmenwechsel". "Allison ist ein hoch genialer Wissenschafter. Honjo ist ein toller Wissenschafter, ein sehr vornehmer, eleganter Herr - ein toller Typ"", sagte der Koordinator des Comprehensive Cancer Center (CCC) von MedUni Wien und AKH, Christoph Zielinski. Immuncheckpoints spielten bei fast allen Krebserkrankungen eine gewisse Rolle. Daraus resultiere die Bedeutung der Entdeckungen der beiden neuen Medizin-Nobelpreisträger.

PHYSIK: Entwicklung von Laser-Werkzeugen

Für die Entwicklung heute weitverbreiteter Laser-Werkzeuge erhalten zur einen Hälfte der US-Forscher Arthur Ashkin und zur anderen Hälfte der französische Wissenschafter Gerard Mourou und die kanadische Forscherin Donna Strickland den diesjährigen Physik-Nobelpreis. Strickland ist die dritte Frau, die die heuer mit umgerechnet 870.000 Euro dotierte Auszeichnung im Bereich Physik erhält.

Ashkin erhält den Preis für die Entwicklung einer optischen Pinzette und ihre Anwendung in biologischen Systemen. Mourou und Strickland werden für die Entwicklung hochintensiver, ultrakurzer Laserpulse ausgezeichnet. Mit diesen Technologien könne man extrem kleine Objekte und unglaublich schnelle Prozesse in neuem Licht sehen, begründete das Nobelpreiskomitee die Zuerkennung der Auszeichnung.

Die von Arthur Ashkin (Jahrgang 1922) von der Cornell University (USA) entwickelten optischen Pinzetten ermöglichen es, winzige Teilchen, Moleküle, Proteine oder einzelne lebende Zellen mit ihren aus Laserstrahlen bestehenden Greiffingern zu manipulieren und Kräfte zu messen. "Dieses neue Werkzeug erlaubte es Ashkin einen alten Traum der Science Fiction zu realisieren: Objekte nur mit dem Strahlungsdruck von Licht zu bewegen", schreibt das Nobelpreiskomitee.

Für den wissenschaftlichen Direktor des Instituts für Molekulare Pathologie (IMP) in Wien, Jan-Michael Peters, sind optische Pinzetten ein "extrem nützliches Instrument" für das molekulare Verständnis biologischer Vorgänge innerhalb der Zelle. So könne man etwa räumliche Veränderungen einzelner Eiweißmoleküle in Echtzeit untersuchen oder Bewegungen und Kräfte von Motorproteinen messen.

Keine Zeit für Interviews

Der 96-jährige Ashkin ist der älteste Physik-Nobelpreisträger in der Geschichte der Auszeichnung. Zum Feiern hat er sich nicht viel Zeit genommen. Für Interviews werde er möglicherweise nicht erreichbar sein, er sei sehr beschäftigt mit seinem aktuellen wissenschaftlichen Paper, sagte er am Telefon dem Generalsekretär der königlich-schwedischen Akademie der Wissenschaften, Göran Hansson.

Gerard Mourou (Jahrgang 1944) vom Centre national de la recherche scientifique (CNRS) und Donna Strickland (Jahrgang 1959) von der University of Rochester (USA) haben den Weg zu den kürzesten und intensivsten Laserpulsen geebnet, begründet die Jury die Zuerkennung der zweiten Hälfte des Preises an die beiden. Ihre "Chirped Pulse Amplification" (CPA) genannte Methode sei mittlerweile Standard für hochintensive Laser, die in unzähligen Bereichen angewendet werden. Als Beispiel nannte das Nobelkomitee Millionen Augenoperationen, die jedes Jahr mit Hilfe von Lasern durchgeführt werden.

Für den an der Technischen Universität (TU) München arbeitenden österreichischen Physiker Reinhard Kienberger haben die Arbeiten von Mourou, der ausländisches Mitglied der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) ist, und Strickland ein neues Fenster in Physik geöffnet. Sie hätten es geschafft, mehr Energie in deutlich kürzere Lichtpulse zu packen, wodurch sich deutlich schnellere Abläufe analysieren lassen. Kienberger selbst versucht etwa herauszufinden, wie schnell sich Elektronen in einer Solarzelle oder entlang "molekularer Ketten in der DNS" bewegen. Zur Anwendung komme die Methode folglich nicht nur in der Physik sondern auch in der Chemie und Biologie.

Übergeben wird der Preis alljährlich am 10. Dezember, dem Todestag des Stifters Alfred Nobel. Im Vorjahr ging die Auszeichnung zur Hälfte an Rainer Weiss und zur anderen Hälfte an Barry Barish und Kip Thorne. Die drei US-Forscher wurden für den Nachweis der von Albert Einstein beschriebenen Gravitationswellen ausgezeichnet.

CHEMIE: Evolutionäre Trickkiste im Labor

Der Chemie-Nobelpreis 2018 geht an drei Wissenschafter, die auf Basis der Mechanismen der Evolution neue Methoden entwickelten, mit denen sich gezielt und rasch etwa medizinische Wirkstoffe produzieren lassen. Zur Hälfte erhält die Auszeichnung die US-Forscherin Frances Arnold, mit der anderen Hälfte wurden der US-Wissenschafter George Smith und sein britischer Kollege Gregory Winter bedacht.

Die diesjährigen Preisträger hätten sich von der Kraft der Evolution inspirieren lassen, die in der 3,7 Milliarden Jahre dauernden Entwicklung von Leben auf der Erde zahlreiche chemische Probleme gelöst hat, teilte die Königlich-Schwedische Akademie der Wissenschaften in Stockholm mit. Arnold, Smith und Winter würden "die Prinzipien von Darwin in Reagenzgläsern einsetzen", sagte Glaes Gustafsson, Chef des Nobel-Komitees für Chemie.

Indem sie "das molekulare Verständnis nutzen, das wir vom Evolutionsprozess besitzen", und den Prozess in ihren Laboratorien nachbildeten, sei es ihnen gelungen, die Evolution "viele Tausend Mal schneller zu machen" und so zu verändern, dass neue Proteine entstehen. Ihre Methoden würden nun "international eingesetzt, um eine grünere Chemieindustrie zu fördern, neue Materialien herzustellen, nachhaltige Biokraftstoffe herzustellen, Krankheiten zu lindern und Leben zu retten", heißt es seitens der Jury.

Arnold (Jahrgang 1956) vom California Institute of Technology (Caltech) in Passadena (USA) studierte ursprünglich Maschinenbau, wandte sich aber bald der Biochemie, konkret den Enzymen zu. Diese natürlichen Katalysatoren sind aus 20 verschiedenen Aminosäuren aufgebaut. Arnold begann 1996 Gene zu verändern, die für die Herstellung solcher Enzyme verantwortlich sind, brachte sie in Bakterien ein, ließ diese Tausende verschiedene Varianten eines Enzyms produzieren und selektierte dann in Richtung der gewünschten Eigenschaften. "Damit demonstrierte Frances Arnold die Überlegenheit des Zufalls und der gezielten Selektion über die menschliche Rationalität, um die Entwicklung neuer Enzyme zu steuern", so das Nobelpreiskomitee über die Pionierin der "Gerichteten Evolution" für die Produktion von Enzymen.

"Coole Methode" - "Großer Impakt"

Die Arbeit der insgesamt fünften Frau, die den Chemie-Nobelpreis enthält, schätzt Nuno Maulide, Professor für Organische Synthese an der Universität Wien, als wegweisend ein. Die Idee, die Mechanismen der Evolution ganz gezielt einzusetzen und zu beschleunigen sei "eine sehr coole Methode" und stieß damit ins gleiche Horn wie die Wiener Mikrobiologin Renee Schroeder. Ähnlich dem Komitee strich Schroeder heraus, dass die Methoden "einen sehr großen Impakt" in der Praxis hätten.

George Smith (Jahrgang 1941) von der University of Missouri (USA) und Gregory Winter (Jahrgang 1951) vom Laboratory of Molecular Biology in Cambridge (Großbritannien) nutzten für ihre Methode Viren, die Bakterien infizieren, sogenannte Bakteriophagen. Um sich fortzupflanzen, injizieren die Viren ihr genetisches Material in die Bakterien und lassen diese neue Kopien ihres genetischen Materials sowie die Proteine, die eine Schutzhülle um sie bilden, produzieren.

Für Schroeder ist die "Phage-Display-Methode" besonders elegant. Damit konnten Smith und Winter Proteine mit Wunschfunktion gleichzeitig mit der Information bekommen, wie diese herzustellen sind. Die Information darüber ist praktischerweise in einer Art Blaupause im Inneren der Phagen mit eingepackt. Ab Anfang der 1990er Jahre begannen mehrere Forschungsgruppen, die Phagen-Display-Methode zu verwenden, um neue Biomoleküle zu entwickeln. Winter gründete in der Folge ein Unternehmen und entwickelte ein Arzneimittel, das auf dem menschlichen Antikörper Adalimumab basiert, und zur Behandlung von rheumatoider Arthritis, verschiedenen Arten von Psoriasis und entzündlichen Darmerkrankungen eingesetzt wird.

Für Nobeljuror Heiner Linke repräsentiert der diesjährige Preis "sehr gut, was Alfred Nobel wollte: diejenigen auszeichnen, die der Menschheit am meisten nutzen". Er nannte zahlreiche Anwendungen der ausgezeichneten Methoden: "Es ist ein grüner Preis, weil man beispielsweise bei der Herstellung von Plastik giftige Zutaten und Schwermetalle durch biologische Moleküle ersetzen kann. Man kann Zucker aus Pflanzen effizient umwandeln und so Biokraftstoffe für Autos und Flugzeuge herstellen. Das wird möglich durch Frances Arnolds Entdeckung. Die Arbeit von Smith und Winter wird zum Beispiel in der Immuntherapie gegen Krebs genutzt. 11 der 15 weltweit umsatzstärksten Medikamente wurden mit dieser Technik hergestellt. Die Auswirkungen sind gigantisch."

 

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