Methylenblau und ALS: Warum sich Ergebnisse zwischen experimentellen Modellen unterscheiden

Wer nach Methylenblau und ALS sucht, findet zwei Aussagen, die sich zu widersprechen scheinen. Die eine besagt, dass der blaue Farbstoff Neuronen in ALS-Modellen schützte. Die andere besagt, dass er bei einer ALS-Maus nichts bewirkte. Beide Aussagen verweisen auf tatsächlich veröffentlichte Arbeiten, und beide Arbeiten verdienen eine ernsthafte Betrachtung. Der Widerspruch löst sich auf, sobald man den Grundgedanken hinter jedem Experiment benennt: Das Modell bestimmt die Aussage.

Ein Ergebnis bei einem Wurm ist eine Aussage über einen Wurm. Ein Ergebnis bei einer Fischlarve ist eine Aussage über eine Fischlarve. Keines von beiden erlaubt eine Aussage über Patienten, solange eine Untersuchung des Krankheitsverlaufs bei Säugetieren sie nicht stützt. Dieser Artikel stellt die beiden am häufigsten zitierten Arbeiten gegenüber, damit Sie erkennen können, warum ihre Antworten unterschiedlich ausfallen.

Die beiden Experimente in einer Tabelle

Behalten Sie diese Tabelle beim Lesen im Blick. Sie enthält alle wichtigen Unterschiede zwischen den Studien.

Die Genetik unterscheidet sich, die Spezies unterscheiden sich, der Verabreichungsweg unterscheidet sich, der Zeitpunkt unterscheidet sich, und die Endpunkte unterscheiden sich. Der Genotyp ist nur einer von fünf Unterschieden. Daher kann dieser Vergleich nicht belegen, dass Methylenblau selektiv auf einen bestimmten ALS-Signalweg wirkt. Er belegt etwas enger Begrenztes, das dennoch nützlich ist: Eine ausgeprägte Verbesserung bei früher direkter Exposition in einfachen Modellen ließ sich nicht auf den Krankheitsverlauf bei Säugetieren unter chronischer oraler Verabreichung übertragen.

Das positive Ergebnis: Was die Studie an Würmern und Fischen zeigte

In der Studie an Würmern und Fischen von 2012 wurde mutiertes humanes TDP-43 oder FUS in Motoneuronen von Würmern exprimiert und mRNA für mutierte humane Proteine in Fischembryonen injiziert. Dies sind Proteotoxizitätsmodelle. Sie bilden die toxischen Auswirkungen des mutierten Proteins auf Bewegung und Neuronenform über Tage ab, nicht den vollständigen Verlauf der ALS bei erwachsenen Menschen über Jahre.

Die Behandlung begann sehr früh. Die Würmer wuchsen ab dem Schlüpfen auf Agar mit Methylenblau. Fischembryonen wurden ab 24 Stunden nach der Befruchtung über Nacht in eine Wirkstofflösung gegeben; das Verhalten wurde etwa zwei Tage später getestet. Zwischen Wirkstoff und Neuron lag keine Blut-Hirn-Schranke wie bei einem Säugetier, und es wurden keine Wirkstoffkonzentrationen im Plasma oder Gehirn gemessen.

Unter diesen Bedingungen waren die Effekte groß und konsistent. Sowohl 6 als auch 60 μM verringerten die altersabhängige Lähmung bei TDP-43- und FUS-Würmern. Am 12. Tag des Erwachsenenstadiums waren ungefähr 80 Prozent der unbehandelten TDP-43-Würmer gelähmt, gegenüber etwa 10 Prozent der ab dem Schlüpfen behandelten Würmer. Ein synaptischer Test deutete in dieselbe Richtung: TDP-43-Würmer waren überempfindlich gegenüber Aldicarb, einem Wirkstoff zur Untersuchung der neuromuskulären Übertragung, und Methylenblau verschob die Reaktion wieder in Richtung des Normalzustands. Die Zahl degenerierender Motoneuronenfortsätze sank, wobei der deutlichste Effekt bei 60 μM auftrat. Bei Fischen verbesserte sich das durch Berührung ausgelöste Schwimmen erheblich, und verkürzte motorische Axone erreichten bei 30 oder 60 μM wieder eine Länge näher am Normalwert. Die Wiederherstellung war jedoch nur teilweise und nicht vollständig.

Die Daten zum oxidativen Stress passen zu einer antioxidativen Erklärung. Würmer und Fische mit den Mutationen zeigten erhöhte Messwerte für reaktive Sauerstoffspezies, die unter der Behandlung sanken. Normale Würmer mit Methylenblau überlebten eine prooxidative Belastung deutlich länger als unbehandelte Würmer. Zwei Einschränkungen sind jedoch wesentlich. Die Gesamtmengen der mutierten TDP-43- und FUS-Proteine sanken nicht, und die Studie quantifizierte Proteinaggregate nicht direkt. Sie zeigt daher eine funktionelle Wiederherstellung, ohne die Beseitigung von Aggregaten zu belegen. Wer verfolgt, wie Redox- und Mitochondrienhypothesen üblicherweise formuliert werden, sollte den Mechanismus als gestützt, aber nicht abschließend geklärt betrachten.

Der Zeitpunkt war das aufschlussreichste Detail. Wenn die Autoren mit dem Behandlungsbeginn bis zum 5. Tag des Erwachsenenstadiums warteten, lag die Lähmungsrate an Tag 12 bei etwa 55 Prozent statt bei etwa 10 Prozent unter Behandlung ab dem Schlüpfen. Derselbe Wirkstoff, derselbe Wurm, dieselbe Mutation, ein deutlich kleinerer Effekt. Die frühe prophylaktische Exposition trug einen großen Teil zum beobachteten Nutzen bei.

Das Nullergebnis: Was die SOD1-Mausstudie zeigte

Die Mausstudie von 2011 untersuchte eine anspruchsvollere Frage in einem strengeren System. Bei kongenen SOD1-G93A-Mäusen schreitet die Erkrankung vom Zittern der Hintergliedmaßen über Gangstörungen und den Verlust des Aufrichtreflexes bis zu einem vorab definierten terminalen Endpunkt fort. Die Behandlung begann vor dem Auftreten von Symptomen an Tag 45 und wurde täglich fortgesetzt. Beobachter bewerteten den neurologischen Zustand auf einer Skala von 0 bis 6. Dieses Experiment erfasst einen vollständigen Krankheitsverlauf und ist damit näher an dem, was für Patienten relevant wäre, als jede Lähmungskurve bei einem Wurm.

Die Hauptergebnisse zeigten keinen signifikanten Effekt. Der Symptombeginn insgesamt trat bei den Kontrollen nach 121 Tagen auf, gegenüber 124 Tagen mit Methylenblau. Dieser Unterschied war nicht signifikant. Das Überleben bis zum Endstadium betrug 167 Tage gegenüber 170 Tagen, ebenfalls ohne signifikanten Unterschied. Einige sekundäre Teilanalysen fielen zugunsten der Behandlung aus: Bei weiblichen Tieren verzögerte sich der Symptombeginn um etwa 7 Tage, und behandelte Tiere verbrachten etwas mehr Zeit in leichteren und weniger Zeit in schweren Stadien. Angesichts kleiner nach Geschlecht getrennter Untergruppen und zahlreicher Vergleiche zwischen Stadien sind diese Teilanalysen eher als Grundlage für neue Hypothesen denn als Beleg zu verstehen. Es wurden weder Neuronen gezählt noch die SOD1-Aggregation oder oxidative beziehungsweise entzündliche Marker untersucht. Die Studie kann daher auch nicht klären, ob der Wirkstoff seine Zielstrukturen erreichte und dort ohne Wirkung blieb oder ob er sie bei dieser Dosis überhaupt nicht beeinflusste. Es wurde nur eine Dosis getestet.

Die Autoren selbst benannten die grundlegende Einschränkung, die in beide Richtungen gilt. SOD1-G93A-Modelle mit hoher Kopienzahl bilden Erkrankungen durch toxisches SOD1 gut ab. SOD1-bedingte Erkrankungen machen jedoch nur einen kleinen Teil der familiären ALS aus und beruhen auf einer anderen Biologie als die meisten sporadischen Erkrankungen. Die Autoren schlugen vor, Wirkstoffkandidaten erneut in TDP-43-basierten Säugetiermodellen zu testen. Dieser Vorschlag ist inzwischen schwieriger einzuordnen, denn die Autoren der Studie an Würmern und Fischen weisen darauf hin, dass eine separate TDP-43-Mausstudie mit Methylenblau ebenfalls keine Verbesserung motorischer Endpunkte zeigte. Eine Substanz kann daher in einem TDP-43-System starke Effekte zeigen und in einem anderen TDP-43-System ohne Wirkung bleiben. Das System ist ebenso wichtig wie das Gen.

Warum eine Verbesserung bei Würmern oder Fischen keinen Nutzen für Patienten belegen kann

Betrachten Sie jedes Modell als Antwort auf eine andere Frage.

Erstens unterscheidet sich die Biologie. TDP-43 und FUS sind nukleinsäurebindende Proteine, die in diesen einfachen Systemen gemeinsame genetische Interaktionen aufweisen. Die Toxizität von SOD1 beruht dagegen teilweise auf anderen unmittelbaren Mechanismen. Ein Wirkstoff, der eine Form von proteotoxischem Stress lindert, muss eine andere nicht ebenfalls lindern. Ein Erfolg bei embryonaler Überexpression muss auch keinen Erfolg bei einer langsamen Neurodegeneration im Erwachsenenalter vorhersagen, bei der Entzündung, die Beteiligung von Gliazellen und eine Verschlechterung des gesamten Organismus hinzukommen.

Zweitens unterscheidet sich die Exposition. Eine kontinuierliche Badexposition bei mikromolaren Konzentrationen entspricht keiner oralen Verabreichung. Resorption im Darm, First-Pass-Metabolismus, Plasmaproteinbindung, Übertritt ins Gehirn und Clearance liegen zwischen einer geschluckten Dosis und einem spinalen Motoneuron. Keine der beiden Studien maß die Wirkstoffkonzentrationen im Nervensystem. Daher kann keine die von ihr verwendete Konzentration mit derjenigen der anderen Studie in Beziehung setzen.

Drittens unterscheidet sich der Zeitpunkt. Die Verbesserungen bei Würmern und Fischen hingen stark davon ab, dass die Behandlung begann, bevor sich pathologische Veränderungen anhäuften. Auch die Behandlung der Mäuse begann vor dem Auftreten von Symptomen, was eine Stärke der Studie ist. Beim Menschen würde eine Behandlung jedoch fast immer erst nach dem Symptombeginn einsetzen, also noch später. Ein prophylaktisches Signal in einem zweitägigen Embryonentest ist ein Ausgangspunkt für die Forschung, kein Modell der klinischen Anwendung.

Viertens unterscheiden sich die Endpunkte. Lähmung nach 12 Tagen, Aldicarb-Empfindlichkeit, Axonlänge in Mikrometern und Schwimmstrecke sind unmittelbare Phänotypen. Symptombeginn und Überleben bei einem Säugetier erfassen gemeinsam alle kompensierenden und erschwerenden Prozesse im Körper. Wirkstoffe verändern häufig unmittelbare Messwerte, ohne das Überleben zu beeinflussen. Deshalb werden bei Säugetieren Endpunkte verwendet, die die Zeit bis zu einem Ereignis erfassen.

Wer eine Checkliste für die nächste Schlagzeile sucht, findet sie im Artikel Wie man präklinische Studien liest: Fragen Sie nach der Spezies, dem Transgen, der Dosis und dem Verabreichungsweg, danach, ob Wirkstoffkonzentrationen gemessen wurden, wann die Behandlung im Verhältnis zur Entwicklung pathologischer Veränderungen begann, ob der Endpunkt einen kurzfristigen Phänotyp oder einen Krankheitsverlauf erfasste und ob der Effekt in einem zweiten Labor reproduziert wurde. Die umfassendere Evidenz zu Methylenblau beim Menschen bleibt die Grundlage, um zu prüfen, ob sich aus diesen frühen Signalen klinische Daten entwickelt haben.

Was dies für Patienten und Angehörige bedeutet

Aus diesen Arbeiten lässt sich kein etabliertes Behandlungsprotokoll mit Methylenblau für ALS ableiten. Die positive Studie stützt weitere Forschung zu oxidativen und synaptischen Mechanismen in der TDP-43- und FUS-Biologie. Das Nullergebnis spricht gegen die Erwartung, dass eine chronische orale Verabreichung bei dieser Exposition eine SOD1-bedingte Erkrankung in ihrem Verlauf verändert. Zusammengenommen beschreiben die Studien uneinheitliche Ergebnisse zwischen Modellen, keine Behandlungsempfehlung.

Die Sicherheit erfordert dieselbe nüchterne Einordnung wie die Wirksamkeit. ALS-Studien an Mäusen sagen nichts über eine sichere Dosierung beim Menschen aus. Methylenblau birgt zudem reale Risiken durch Hämolyse bei G6PD-Mangel und durch Serotonintoxizität in Kombination mit serotonergen Arzneimitteln. Ein vermuteter G6PD-Mangel, die aktuelle Einnahme von Antidepressiva und jede geplante Änderung der Medikation gehören in ein ärztliches Gespräch. Ebenso sollten die allgemeinen Sicherheitsdaten zu Methylenblau geprüft werden, bevor jemand aufgrund von Schlagzeilen über Laborergebnisse handelt.

Das Fazit lässt sich in einem Satz formulieren. Methylenblau bewirkte bei früher Exposition ausgeprägte Verbesserungen der Phänotypen in TDP-43- und FUS-Modellen bei Würmern und Fischlarven, zeigte aber in einer SOD1-Mausstudie mit chronischer oraler Verabreichung praktisch keinen Nutzen hinsichtlich Symptombeginn oder Überleben. Die sachgerechte Interpretation lautet daher: Die Evidenz ist modellabhängig und stützt keine Anwendung bei Patienten.