Teilchenbeschleuniger sind für viele normale Zeitgenossen immer noch ein Buch mit sieben Siegeln. Mit ihnen verbindet man Grundlagenforschung und Wissenschaftler, die immer kleineren Bestandteilen der Materie hinterherjagen, bis sie am Ende alles von nichts wissen.

Dabei führt solcher Art Forschung durchaus zu praktischen und nutzbringenden Ergebnissen. Jüngstes Beispiel ist der jetzt im Leipziger Helmholtz Zentrum eingeweihte Teilchenbeschleuniger, der helfen soll Alzheimer im Frühstadium beim lebenden Menschen festzustellen.

Unter Anwesenheit der sächsischen Wissenschaftsministerin Sabine von Schorlemmer wurde das neue Gerät am Dienstag, 15. November, im Wissenschaftspark in der Permoserstraße feierlich eingeweiht. Das sogenannte Zyklotron beschleunigt Protonen auf einer Kreisbahn und lässt diese miteinander kollidieren.

Professor Dr. Jörg Steinbach, Direktor des Helmholtz Institutes für Radiopharmazie: „Dabei entstehen radioaktive Ausgangsstoffe, sogenannte Radionuklide, die bisher von der Universität Leipzig bezogen werden mussten. Mit der an der Forschungsstelle Leipzig des Helmholtz Zentrums entwickelten Substanz (Flour-18/Flubatine) lässt sich die Abnahme der der Nikotinrezeptoren im Gehirn feststellen. Die nach ihrer Fähigkeit zur Anlagerung von Nikotin benannten Rezeptoren binden den Gehirnbotenstoff Acetylcholin. Dieser sorgt im gesunden Gehirn dafür, dass Informationen zwischen den Nervenzellen weitergeleitet werden.“

Dieser Vorgang wiederum kommt bei Alzheimer-Patienten im Laufe der Krankheit immer mehr zum Erliegen. Forscher gehen davon aus, dass die Anzahl der Nikotinrezeptoren bereits in der Anfangsphase der Erkrankung abnimmt. Die Rezeptoren eignen sich daher ideal als Zielfeld für die Früherkennung von Alzheimer-Demenz mithilfe der sogenannten Positronen-Emissions-Tomographie (PET). Das ist ein bildgebendes Verfahren, das die Verteilung einer schwach radioaktiv markierten Substanz im Körper sichtbar macht.

Dazu muss man wissen, dass die Alzheimer-Demenz bisher nur mit klinischen Tests nachgewiesen wird. So zum Beispiel bei Gedächtnis-Tests. Das ist aber nur bedingt aussagefähig. Die einzig wirklich sichere Nachweismethode ist eine Gewebeuntersuchung nach dem Tode. Hier nun setzt die PET-Methode ein, die mit Hilfe der im Teilchenbeschleuniger künstlich erzeugten radioaktiven Marker eine Früherkennung am lebenden Menschen möglich machen könnten.

Um Patienten mit PET zu untersuchen, werden ihnen also die radioaktiv markierten Substanzen intravenös gespritzt. Das von den Leipziger Forschern entwickelte Präparat basiert auf einer in Pfeilgiftfröschen gefundenen giftigen Verbindung namens Epibatidin, die stark an die Nikotinrezeptoren im Gehirn bindet.

Professor Peter Brust, Leiter der Abteilung Neuroradiopharmaka des Helmholtz Zentrums: „Wir haben das Pfeilgift künstlich neu hergestellt, quasi konstruiert und dem Kohlenstoffring noch erweitert. So behalt es zwar seine Eigenschaft, sich an die Nikotinrezeptoren zu binden, ist aber nicht mehr toxisch, also gefährlich für den Patienten. Die Substanz reichert sich speziell nur an den genannten Nikotinrezeptoren im Gehirn an und führt dort zu Wechselwirkungen mit dem Geweben, sich mittels der durch den Teilchenbeschleuniger hergestellten radioaktiven Substanzen leicht aufspüren lassen. So können wir am lebenden Gehirn feststellen, ob sich die Anzahl der Rezeptoren vermindert hat, wie das bei Alzheimer der Fall sein würde.“

Dies belegt eine vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte patientenstudie, die gegenwärtig an der Klinik und Poliklinik für Nuklearmedizin der Uni Leipzig unter der Leitung von Professor Osama Sabri in Kooperation mit dem Helmholtz Zentrum durchgeführt wird. Die neu entwickelte Substanz Flubatine ermöglicht es aufgrund besserer biologischer Eigenschaften, die Rezeptorendichte schneller als bisher zu messen.

Professor Sabri: „Die Untersuchungszeit gegenüber einem vergleichbaren, bisher eingesetzten Radiopharmakon (also der radioaktiv markierten Substanz, die in den Körper gespritzt wird, d. Red.) verringert sich für die Patienten dadurch erheblich von etwa sieben auf weniger als 1,5 Stunden.“

Dies bedeutet für die meist älteren Patienten eine wesentlich geringere Belastung. Prof. Peter Brust: „Wir sind in der Lage, die Untersuchungsergebnisse der Vergleichssubstanz mit dem von uns entwickelten Radiopharmakon zu reproduzieren. Das heißt, wir können damit nachweisen, dass bei Alzheimer-Patienten die Dichte der Nikotinrezeptoren gegenüber gesunden, gleichaltrigen Personen bedeutend vermindert ist.“

Neben der drastisch verkürzten Untersuchungszeit könnten sich durch die neue Substanz auch deutlich verbesserte Möglichkeiten zur frühzeitigen Behandlung von Alzheimer-Demenz eröffnen. Die radioaktiven Ausgangsstoffe (Radionuklide) für die Herstellung von Flubatine wurden bisher von der Uni Leipzig bezogen. Mit dem neuen Teilchenbeschleuniger können die Forsche diese nun selbst herstellen. Prof. Peter Brust: „So können wir wesentlich schneller und effektiver arbeiten.“

Brust und sein Team entwickeln radioaktiv markierte Substanzen zur Erforschung von Hirnerkrankungen, die neben Alzheimer-Demenz auch psychiatrische Krankheiten wie Such und Depression einschließen. Radionuklide werden in der Forschungsstelle Leipzig aber auch für die geowissenschaftliche Forschung zur Untersuchung des Transports von (Schad-)Stoffen in der Umwelt eingesetzt. Der neue Beschleuniger erweitert durch die Möglichkeit zur Nutzung sehr kurzlebiger Radionuklide mit Halbwertszeiten im Minuten- und Stundenbereich insbesondere deren Anwendung in der Hirnforschung.

Für die Aufstellung des Teilchenbeschleunigers, der zu Gewährleistung des Strahlenschutzes von meterdicken Spezialbetonwänden umgeben ist, wurde das Gebäude der Forschungsstelle Leipzig entsprechend erweitert. Die Kosten für den Teilchenbeschleuniger und den Umbau betrugen 3,6 Millionen Euro, die zum größten Teil vom Land Sachsen und dem EFRE (Europäischer Fonds für Regionale Entwicklung) getragen werden.


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