Computerkampf gegen die Viren

Mit mathematischen Methoden erforscht Max von Kleist Strategien gegen Wirkstoffresistenzen in der AIDS-Therapie

05.07.2012

Hoffnung bei AIDS: Wissenschaftler der Freien Universität erforschen mithilfe der Mathematik Möglichkeiten, einen Wirkstoff gegen den Erreger zu entwicklen.
Hoffnung bei AIDS: Wissenschaftler der Freien Universität erforschen mithilfe der Mathematik Möglichkeiten, einen Wirkstoff gegen den Erreger zu entwicklen. Bildquelle: A. Franke / www.fotolia.de

Fast dreißig Jahre ist es her, dass die französischen Virologen Luc Montagnier und Françoise Barré-Sinoussi das Humane Immundefizienz-Virus, kurz HIV, erstmals beschrieben. Inzwischen existiert mit der hochaktiven antiretroviralen Therapie eine Möglichkeit, das Leben der Infizierten zu verlängern. Doch konnte bislang weder ein Impfstoff noch ein Allheilmittel gegen den AIDS-Erreger gefunden werden. „Frustrierend“ sei das, sagt Max von Kleist, doch zugleich Ansporn für seine Forschung. Dabei ist der 32-Jährige weder Mediziner noch Pharmazeut: „Ich komme aus einer Ärztefamilie. Vielleicht hat mich das für medizinische Themen sensibilisiert“, sagt der gebürtige Berliner, der nach einem Bioinformatik-Studium an der Freien Universität Berlin an der National University of Ireland im Fach Mathematik promovierte.

 Seit vergangenem Oktober leitet Max von Kleist die Forschungsgruppe „Computergestützte Pharmakometrie (Computational Pharmacometrics)“ am Fachbereich Mathematik und Informatik der Freien Universität Berlin. „Wir arbeiten an mathematischen Modellen, um die Behandlung von Infektionskrankheiten wie AIDS oder Influenza zu verbessern“, erklärt Max von Kleist.

Mithilfe der Pharmakometrie können die Wissenschaftler am Computer simulieren, wie und wann ein medizinischer Wirkstoff am seinem Zielort im Körper ankommt. Zugleich lassen sich beispielsweise Schlüsse darüber ziehen, welche Dosierung eines Medikaments individuell bei einem Patienten notwendig ist, um die gewünschte Wirkung zu erzielen.

Forscher arbeiten mithilfe "virtueller Patienten"

„Bei HIV interessieren uns Strategien, mit deren Hilfe Wirkstoffresistenzen verhindert werden können“, sagt Max von Kleist. Tatsächlich stehen Ärzte weltweit vor dem Problem, dass immer mehr HIV-Infizierte nicht mehr adäquat auf ihre Medikamente ansprechen und die Immunschwächekrankheit daher rascher zum Ausbruch kommt.

Max von Kleist versucht mit seinem Team, die Entwicklung von Wirkstoffresistenzen zu verstehen. „HIV kann viele verschiedene Zelltypen infizieren. Deshalb wollen wir herausfinden, in welchen Zellen bestimmte Resistenzen gebildet werden“, erklärt der Mathematiker.

Mithilfe „virtueller Patienten“, die auf der Datengrundlage klinischer Studien im Rechner erzeugt werden, gelang es dem Forscherteam erst kürzlich, die Dynamik zu untersuchen, mit der sich Wirkstoffresistenzen entwickeln. Dabei fanden die Wissenschaftler heraus, dass sich bei der antiretroviralen Therapie bereits zu einem sehr frühen Zeitpunkt entscheidet, ob sie fehlschlägt – nämlich bereits nach etwa drei Monaten.

Ein solcher Fehlschlag kann gravierende Folgen für die weitere Behandlung des Patienten haben. Der Grund liegt in der „Archivierung“ von Informationen mutierter HIV-Viren in „latent“ infizierten Immunzellen, die nach außen gesund erscheinen. Diese Zellen verweilen für extrem lange Zeit und können daher die Effektivität bestimmter Wirkstoffe dauerhaft zunichtemachen.

Ein großer Schritt für die AIDS-Therapie

Durch pharmakometrische Modellierungen konnten die Mathematiker am Computer nun eine neue Behandlungsstrategie berechnen, bei der ein frühzeitiger Therapiewechsel der Resistenzausbildung und „Archivierung“ entgegenwirkt. „Noch funktioniert unser Therapieansatz nur in silicio, also im Computermodell“, sagt Max von Kleist. „Allerdings stehen die Chancen gut, dass unsere Ergebnisse in naher Zukunft auch in klinischen Studien überprüft werden“. Kommen diese zu ähnlichen Ergebnissen wie die pharmakometrischen Modelle, wäre dies ein großer Schritt nach vorn für die AIDS-Therapie.

Neben den Behandlungsmöglichkeiten haben die Experten der Forschergruppe „Computergestützte Pharmakometrie“ aber auch die Vermeidung von HIV-Neuinfektionen im Blick. So konnten die Wissenschaftler in einem pharmakometrischen Modell das Risiko einer Mutter-Kind-Übertragung des Virus sowie die Entwicklung von Resistenzen bei der Gabe des AIDS-Medikaments Nevirapin während und nach der Geburt erfolgreich vorhersagen.

„Damit haben wir nun ein Werkzeug, um das prophylaktische Potenzial anderer AIDS-Medikamente im Modell abzuschätzen“, sagt Max von Kleist. Ein Lichtblick für Hunderttausende Ungeborene. Denn mehr als 90 Prozent aller HIV-infizierten Kinder werden nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation durch ihre erkrankten Mütter angesteckt.