Die Kraft der Natur

Rund 300.000 Pflanzenarten gibt es weltweit, chemisch bzw. pharmakologisch gut untersucht sind nur fünf bis zehn Prozent davon. Um der Wirkung und den Inhaltsstoffen dieser „größten Apotheke der Welt“ auf die Spur zu kommen, setzt man in Tirol auf modernste Technologien und intensive Forschung.
 

„Pflanzen müssen sich vor Umwelteinflüssen schützen, um überleben zu können. Dafür produzieren Pflanzen natürliche Abwehrstoffe, welche man sich seit Menschengedenken zu Nutze macht und die derzeit auch von der pharmazeutischen Industrie neu entdeckt werden“, sagt Günther Bonn, Leiter des Institutes für Analytische Chemie und Radiochemie der Universität Innsbruck. Schon Dioskurides, ein griechischer Arzt im ersten Jahrhundert nach Christus, nannte in seiner großen Arzneimittellehre über 600 katalogisierte Heilpflanzen. Doch auch die klassische Schulmedizin greift auf die Kraft der Natur zurück, bestätigt Hermann Stuppner. „50 Prozent aller am Markt erhältlichen Arzneistoffe sind entweder Naturstoffe, Naturstoffderivate oder haben Naturstoffe als Vorbild“, weiß der Leiter des Departments für Pharmakognosie an der Universität Innsbruck und nennt auch Beispiele: „Anti-Malariamittel haben ursprünglich Chinin als Leitstruktur, Morphin ist die Leitsubstanz für starke Analgetika, Kokain für Lokalanästhetika.“

Rund 300.000 Pflanzenarten gibt es weltweit, chemisch bzw. pharmakologisch gut untersucht sind nur fünf bis zehn Prozent davon. In Österreich sind Extrakte aus ca. 200 Pflanzenarten in pflanzlichen Arzneimitteln, sogenannten Phytopharmaka, enthalten, der Tiroler Pharma-Produzent Montavit setzt dabei unter anderem auf die Artischocke, auf Speiklavendel, Spitzwegerich und Thymian. Dass die pflanzlichen Wirkstoffe bei Verdauungsbeschwerden, Entzündungen der Nasenschleimhaut und Husten helfen, sei garantiert kein leeres Versprechen, sondern, bekräftigt Montavit-Geschäftsführer Oswald Mayr, „erforscht sowie durch klinische Studien belegt und bewiesen“.

Die Montavit-Abteilung für Forschung, Entwicklung und klinische Studien stellt sich dabei auch den

ständig wachsenden Anforderungen an Arzneimittel, das hauseigene Hustenmittel auf Basis des Speiköls etwa sei, so Mayr, obwohl schon lange auf dem Markt „in der Fachinformation nur noch zur adjuvanten Behandlung von Bronchitis empfohlen worden“. Das kann so wohl nicht sein, dachte man sich in der Montavit-Zentrale in Absam und startete eine multizentrische, über zwei Jahre laufende klinische Studie mit 250 Patientinnen und Patienten in Österreich und Polen. Das Ergebnis liegt seit Kurzem vor – die Kapseln von Montavit können auch zur alleinigen Behandlung von Bronchitis verschrieben werden.

Die Erforschung des Wirkstoffpotenzials von Pflanzen mit modernsten Technologien hat sich auch Bionorica, der deutsche Marktführer für apothekenpflichtige pflanzliche Arzneistoffe, zum Ziel gesetzt, seit 2005 mit der Bionorica research auch in Innsbruck. Die Beziehung nach Tirol geht bei Bionorica-Chef Michael A. Popp auf seine Zeit als Dissertant an der Universität Innsbruck zurück, in dieser Zeit, erinnert er sich, sind die ersten gemeinsamen Projekte entstanden und am Institut für Analytische Chemie und Radiochemie sozusagen ein „analytisches Zentrum für pflanzliche Arzneimittel etabliert worden“. Die gemeinsamen Aktivitäten und Forschungsarbeiten wurden immer mehr, „da haben wir uns gesagt, dass wir eigentlich auch eine GmbH daraus machen könnten“, blickt Popp zehn Jahre zurück. Seither wurden über 30 Millionen Euro in moderne Laborausstattung und Forschungsprojekte investiert, die Zahl der Mitarbeiter stieg, berichtet Michael Walder, der Innsbrucker Geschäftsführer der Bionorica research, auf rund 30.

Seit vier Jahren hat man einen weiteren Forschungspartner in der unmittelbaren Nachbarschaft, mit dem, so Popp, intensiv zusammengearbeitet wird. 2012 gründeten Lukas Huber, Leiter der Sektion für Zellbiologie an der Medizinischen Universität Innsbruck, und der Chemiker Günther Bonn mit Unterstützung des österreichischen Wissenschaftsministeriums sowie des Landes Tirol das Austrian Drug Screening Institute (ADSI) als Tochterfirma der Universität Innsbruck. In Zusammenarbeit mit Universitäten sowie Industrie aus dem In- und Ausland liegt der Fokus der Arbeit auf der Kraft natürlicher Wirkstoffe, wobei man nicht nur der Frage nachgeht, ob Naturstoffe wirken, sondern auch, wie sie das tun.

„Das Faszinierende an komplexen Pflanzenextrakten ist, dass sie viel breiter angreifen können als einzelne Substanzen. Vereinzelt man die Wirkstoffe, verliert man diese Wirkungen“, erläutert Lukas Huber. Und Günther Bonn ergänzt: „Wenn man ein Antibiotikum einnimmt, bekämpft man zwar die bakterielle Infektion, hat aber im Prinzip nur ein schmales Wirkspektrum. Nimmt man aber ein pharmazeutisches Präparat aus der Natur, können die Ursachen und Symptome gleichzeitig behandelt werden. Und genau das passiert auch.“

„Die Pharmakognosie, also die Auseinandersetzung mit Heilpflanzen und ihrer Wirkung, gibt es fast nur noch an österreichischen Universitäten. In Deutschland wurden viele Stellen in Richtung Biotechnologie umgestaltet “, hält Michael A. Popp fest. Gemeinsam mit Graz und Wien ergäbe das, bestätigt Hermann Stuppner, ein starkes Team, das auch international vernetzt ist. Zwischen 2008 und 2014 leitete der Innsbrucker Forscher das Forschungsnetzwerk „DNTI – Drugs from Nature Targeting Inflammation“, österreichische und internationale Forschungspartner identifizierten dabei natürliche Wirkstoffkandidaten, die das Potenzial zur Entwicklung innovativer Therapien gegen Entzündungsprozesse, insbesondere im Herz-Kreislauf-System, haben. „Mit vielen Partnern aus diesem Projekt arbeiten wir immer noch zusammen, wir haben aber auch unter anderem ein Abkommen mit China, um gemeinsam die Traditionelle Chinesische Medizin zu modernisieren“, betont Stuppner.

Auch beim ADSI setzt man auf ein institutionenübergreifendes Phyto-Netzwerk. „Mit unserer Infrastruktur und den 20 Mitarbeitern haben wir ein breites Spektrum an Methoden zur Verfügung“, erklärt ADSI-Geschäftsführer Laco Kacani. „Kontaktieren uns aber Firmen, die mehr brauchen, ergänzen wir unser Know-how und suchen bei akademischen Partnern die entsprechenden Experten.“ Der Vorteil für den Kunden sei, dass man die Partner, deren Expertise und vor allem die (administrativen) Abläufe an Universitäten in der Zwischenzeit gut kenne.

Am ADSI selbst liegen die Schwerpunkte auf Zellbiologie und Analytik. Dabei ist man in der Lage, Pflanzeninhaltsstoffe mit verschiedensten Methoden herauszulösen und mithilfe komplexer Analyseverfahren im Detail zu untersuchen. In weiterer Folge werden diese

sogenannten Extrakte auf unterschiedliche Zelltypen wie Muskel-, Fett- oder Fresszellen, die in einer dreidimensionalen Struktur kultiviert werden können, aufgegeben. Dadurch können komplizierte Reaktionen wie zum Beispiel Entzündungen simuliert und Pflanzenextrakte realitätsnah auf ihre Wirkung getestet werden. Ein aufwendiges „High Content Screening“, das mit Hilfe der hauseigenen „Automated Screening Assay Platform“ robotergesteuert sieben Tage jeweils 24 Stunden lang durchgeführt werden kann – eine Art Industrie 4.0 der Zelllabortechnik.

Mit absoluter High-Tech arbeitet man auch in den Labors der Bionorica research. „In Innsbruck“, erläutert Popp, „liegt der Schwerpunkt auf der Analytik und Pharmakokinetik, pharmakologische und klinische Forschung machen wir in Deutschland und in Kooperation mit weltweiten Partnern.“ Als eines der wenigen Unternehmen lege man viel Wert auf Pharmakokinetik, meint Popp, man setze dabei auf eine extrem hochauflösende Analytik: „Pflanzenextrakte sind sehr komplex. Wir kennen einige Inhaltsstoffe und wissen, für was sie relevant sind. Schwierig ist es aber, diese Inhaltsstoffe nach der Einnahme im Blut oder Plasma wiederzufinden, damit wir Gewissheit haben, ob sie im Organismus angekommen sind und ihre Wirkung entfalten können.“

Um der Wirkung und den Inhaltsstoffen von Pflanzen auf die Spur zu kommen, geht Hermann Stuppner mit seinem Team an der Uni Innsbruck unterschiedliche Wege. Einerseits bedienen sie sich alter Schriften der Volksmedizin, schauen welchen Pflanzen welche Wirkung zugesprochen wurde und versuchen den Beweis dafür in ihren Labors zu finden. Das Edelweiß etwa galt in alten Zeiten als Mittel gegen Bauchweh, die Innsbrucker Forscher kennen inzwischen rund 60 Edelweiß-Komponenten, „die wir isoliert, charakterisiert und zum Großteil pharmakologisch untersucht haben“, berichtet Stuppner. Vor allem zwei erstmals beschriebene Substanzen haben es ihm angetan – Edelweißsäure und Leoligin. Die Edelweißsäure ist eine stark antioxidativ wirkende Verbindung und ein Radikalfänger, scheint somit unter anderem das Edelweiß vor der intensiven UV-Strahlung in alpiner Höhe zu schützen. „Da besteht natürlich großes Interesse der kosmetischen Industrie“, sagt Stuppner. Beim aus den Wurzeln gewonnenen Leoligin hat sich gezeigt, dass es „vor der arteriosklerotischen Veränderung von Gefäßen schützt“.

Dass sich Stuppner intensiv mit dem – unter Naturschutz stehenden – Edelweiß befassen kann, verdankt er einem Kontakt in die Schweiz, wo die Pflanze großflächig gezüchtet wird.Insofern greift auch Bionorica der Natur unter die Arme. Auf Mallorca baut man etwa Thymian und Sonnenhut an, Vertragslandwirte in Österreich, Frankreich oder Ungarn garantieren die gleichbleibend hohe Qualität der Arzneimittel. Ebenso vertraut Montavit auf seine Partner, die nach GACP-Standards (Good Agricultural and Collection Practices) anbauen. Oswald Mayr: „Wir sind einer der größten Abnehmer von Speiköl, dem ätherischen Öl des Lavendels.“

Am Department für Pharmakognosie arbeitet man aber nicht nur mit echten, sondern auch mit „virtuellen Pflanzen“. „Wir greifen dabei auf eine große Naturstoffdatenbank und Pharmakophor-Modelle zurück“, erklärt Stuppner. In der Datenbank sind Tausende von Naturstoffen als dreidimensionale Moleküle abgelegt, Pharmakophor-Modelle beschreiben die räumliche Anordnung der für die Wirksamkeit einer Substanz notwendigen funktionellen Gruppen oder physikochemischen Eigenschaften. „Wir generieren Pharmakophor-Modelle für bestimmte Targets und lassen den Computer die Datenbank nach entsprechenden neuen potenziellen Wirkstoffen screenen“, beschreibt Stuppner die „digitale Pharmakognosie“, die der Natur, der größten Apotheke der Welt, noch mehr heilende Kraft entlocken soll.

Wobei es längst nicht mehr nur um die Suche nach Arzneimitteln geht. Stuppner etwa koordiniert seit Beginn 2016 das EU-Projekt Medihealth, in dem Partner aus zehn Ländern – darunter auch die Bionorica research – essbare Pflanzen und ihren Einfluss auf gesundes Altern untersuchen. Auch das ADSI ist Teil eines EU-Projekts, in dem man sich – unter der Leitung der Universität Athen – mit dem „Phyto-Abfall“ der Olivenölproduktion und dessen potenzieller Nutzung beschäftigt. Weitere Kunden kommen aus dem Bereich der Getränke- und Kosmetikindustrie, die mit pflanzlichen Inhaltsstoffen arbeiten. Ein anderes Kundensegment lässt pflanzliche Extrakte sprichwörtlich in Rauch aufgehen. „Die Liquids von E-Zigaretten sind ein neuer und stark wachsender Markt für uns“, ergänzt Laco Kacani.

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