Jeffrey Rimer, außerordentlicher Professor für Chemieingenieurwesen an der University of Houston, war Hauptautor der Studie, die am 8. August in der Online-Ausgabe von Nature veröffentlicht wurde. Die Arbeit liefert den ersten Beweis dafür, dass die Verbindung Hydroxycitrat (HCA) ein wirksamer Hemmstoff für das Wachstum von Kalziumoxalatkristallen ist, der unter bestimmten Bedingungen sogar in der Lage ist, diese Kristalle aufzulösen. Die Forscher erklären auch, wie es funktioniert.
Die Erkenntnisse sind das Ergebnis einer Kombination aus experimentellen Studien, Computerstudien und Studien am Menschen, sagte Rimer.
Nierensteine sind kleine, harte Mineralablagerungen, die sich in den Nieren bilden und bis zu 12 Prozent der Männer und sieben Prozent der Frauen betreffen. Bluthochdruck, Diabetes und Fettleibigkeit können das Risiko erhöhen, und die gemeldete Häufigkeit nimmt zu.
Die vorbeugende Behandlung hat sich in den letzten drei Jahrzehnten nicht wesentlich verändert. Ärzte raten Patienten, bei denen ein Risiko für die Entwicklung von Steinen besteht, viel Wasser zu trinken und oxalatreiche Lebensmittel wie Rhabarber, Okra, Spinat und Mandeln zu meiden. Sie empfehlen häufig die Einnahme von Kaliumcitrat (CA), einem Nahrungsergänzungsmittel, das das Wachstum der Kristalle verlangsamen kann, aber manche Menschen vertragen die Nebenwirkungen nicht.
Das Projekt entstand aus Vorarbeiten von John Asplin, einem Nephrologen der Litholink Corporation, der HCA als mögliche Behandlung vorschlug. HCA ist chemisch ähnlich wie CA und ist auch als Nahrungsergänzungsmittel erhältlich.
„HCA ist eine vielversprechende potenzielle Therapie zur Vorbeugung von Nierensteinen“, schreiben die Forscher. „
Neben Rimer und Asplin haben auch Giannis Mpourmpakis und sein Doktorand Michael G. Taylor von der Universität Pittsburgh, Ignacio Granja von der Litholink Corporation und Jihae Chung, ein UH-Diplomstudent, der in Rimers Labor arbeitet, an der Studie mitgearbeitet.
Die direkten Studien von CA und HCA ergaben, dass beide Verbindungen zwar das Wachstum von Kalziumoxalatkristallen hemmen, HCA jedoch wirksamer ist und einzigartige Eigenschaften aufweist, die für die Entwicklung neuer Therapien von Vorteil sind.
Das Forscherteam setzte dann die Rasterkraftmikroskopie (AFM) ein, um die Wechselwirkungen zwischen den Kristallen, CA und HCA unter realistischen Wachstumsbedingungen zu untersuchen. Laut Rimer ermöglichte diese Technik die Aufzeichnung des Kristallwachstums in Echtzeit mit nahezu molekularer Auflösung.
Chung bemerkte, dass die AFM-Bilder zeigten, dass der Kristall tatsächlich schrumpfte, wenn er bestimmten Konzentrationen von HCA ausgesetzt wurde. Rimer vermutete, dass es sich bei dem anfänglichen Befund um eine Anomalie handelte, da es selten vorkommt, dass sich ein Kristall in stark übersättigten Wachstumslösungen tatsächlich auflöst. Die wirksamsten Inhibitoren, über die in der Literatur berichtet wird, verhindern einfach, dass der Kristall wächst.
Es stellte sich heraus, dass Chungs anfänglicher Befund richtig war. Nachdem sie bestätigt hatten, dass es möglich ist, Kristalle in übersättigten Lösungen aufzulösen, suchten die Forscher nach Gründen, um zu erklären, warum dies geschah.
Mpourmpakis und Taylor wandten die Dichtefunktionaltheorie (DFT) an – eine hochpräzise Berechnungsmethode, die zur Untersuchung der Struktur und der Eigenschaften von Materialien verwendet wird -, um zu untersuchen, wie HCA und CA an Kalzium und an Kalziumoxalatkristalle binden. Sie entdeckten, dass HCA eine stärkere Bindung mit den Kristalloberflächen eingeht und dadurch eine Belastung hervorruft, die anscheinend durch die Freisetzung von Kalzium und Oxalat gemildert wird, was zur Auflösung der Kristalle führt.
HCA wurde auch an Menschen getestet: Sieben Personen nahmen das Präparat drei Tage lang ein, so dass die Forscher feststellen konnten, dass HCA über den Urin ausgeschieden wird, was eine Voraussetzung dafür ist, dass das Präparat zur Behandlung eingesetzt werden kann.
Rimer sagte, dass die Forschung zwar die Grundlage für die Entwicklung eines wirksamen Medikaments geschaffen hat, aber noch Fragen offen sind. Langfristige Sicherheit, Dosierung und weitere Versuche am Menschen seien erforderlich.
„Aber unsere ersten Ergebnisse sind sehr vielversprechend“, sagte er. „Wenn es in vivo funktioniert, ähnlich wie bei unseren Versuchen im Labor, hat HCA das Potenzial, die Inzidenzrate von Menschen mit chronischen Nierensteinerkrankungen zu verringern.“