Neue Aspekte in der gastrointestinalen Physiologie: Wirkung von Gasotransmittern und funktionalisierten Nanopartikeln sowie Erfassung physiologischer Parameter mittels Nanostrukturen

Der Magen-Darm-Trakt ist ein komplexes System mit unterschiedlichen Funktionen. Der Darm trägt zum Beispiel zur Abwehr, Ernährung und Entgiftung bei. Störungen der grundliegenden Mechanismen dieser Funktionen führen zu erheblichen Erkrankungen. Physiologische Regulationsmechanismen dienen dazu bei Störungen der Organfunktion, etwa bei Entzündungen oder Ischämie/Reperfusion, Dysfunktionen zu vermeiden bzw. zu begrenzen. Dafür werden unter anderen Transporter, Aktivierung bzw. Deaktivierung von Enzymen oder die Verstoffwechslung hoch- oder runtergefahren um, so den Energieverbrauch anzupassen. Die Regulation der Synthese und Freisetzung von Stoffen und Sensibilisierung/Desensibilisierung des motorischen Apparats, also der kontraktilen Elemente der Zellen, kommen ebenfalls ins Spiel. So werden endogene Gasotransmitter wie H2S und NO synthetisiert und wirken auto- oder parakrin auf Zieleffektoren wie Transporter oder Enzyme. Drei der bekannten Gasotransmitter (NO, CO und H2S) werden endogen in der Darmwand synthetisiert; ob dies auch der Fall bei HNO ist, ist noch nicht bekannt. Die exogene Zufuhr von Gasotransmittern führt konzentrationsabhängig zu unterschiedlichen Antwortmustern, die sich den Antworten von endogen produzierten Gasotransmittern überlagern, diese maskieren oder minimieren. Die Art (endogen oder exogen und die Geschwindigkeit der Freisetzung), die Konzentration und das „Equipment“ des Gewebes an bestimmten Zielmolekülen bestimmen die Wirkung der Gasotransmitter. Dieses Prinzip wird bei der Entwicklung von Gasotransmitter-basierten Medikamenten angewendet. Da die physiologischen Prozesse im Gastrointestinaltrakt ein Resultat von Interaktionen zwischen dem enterischen Nervensystem, dem Immunsystem und dem motorischen Apparat sind, sind die Einflüsse der einzelnen Systeme zu untersuchen. Hier sind Perspektiven in der Entwicklung von adäquaten therapeutischen Molekülen zu sehen. Das vertiefte Verstehen der Schutz- bzw. Resistenzmechanismen des Darms während der Hypoxie/Reoxygenation bzw. Ischämie/Reperfusion bietet Perspektiven zur Behandlung von Ischämie/Reperfusion-Schäden in anderen Systemen wie das kardiovaskuläre System. Die Wirkungen der Gasotransmitter werden zurzeit an Parametern der Hypoxie/Reoxygenation untersucht.
Bei Therapieansätzen werden Zellprozesse heruntergefahren, beschleunigt oder verstärkt. Die genaue Untersuchung solcher Mechanismen trägt zur Entwicklung von besseren Therapeutika bei. So wird zurzeit die Modulation von Liganden-Rezeptoren- Signalverstärkung über G-Proteine mit Hilfe von Liganden-konjugierten Nanopartikeln untersucht.
Neue Messverfahren für physiologische Parameter, die mit hoher Zeit- und/oder Raumauflösung Zellfunktionen messen, sind prinzipiell für die biomedizinische Forschung von hoher Bedeutung. Interdisziplinäre Ansätze mit anderen Fachgebieten, wie der Chemie und der Physik, ermöglichten es Biosensoren zu entwickeln, welche „in vivo“ einsetzbar wären.