Bereits im antiken Rom wusste man um die lindernde Wirkung von Schwefel-Heilbädern bei entzündlichen und degenerativen Gelenkserkrankungen. Burkhard Klösch und sein Team haben nun, gemeinsam mit internationalen Partnern, Wirkstoffmoleküle entwickelt, die in der Lage sind, den ‚heilsamen‛ Schwefelwasserstoff (H₂S) direkt in Zellen einzuschleusen und ihn dort langsam und dosiert freizusetzen – mit erfreulichen Wirkungen, wie die neuesten Studien zeigen.

Der Bedarf an wirksamen Therapieoptionen bei Erkrankungen des Bewegungsapparats ist seit der Antike ungebrochen. Schon im antiken Rom nutzten die Menschen Thermen auch für schwefelhaltige Bäder, um Gelenksschmerzen zu lindern. Arthrose entsteht durch den fortschreitenden Abbau des Gelenkknorpels. Häufige Auslöser sind Sportverletzungen, Übergewicht, ungesunde Ernährung und Bewegungsmangel. Auffällig ist, dass die Erkrankung zunehmend auch bei jüngeren Menschen auftritt – trotzdem bleibt das Alter ein zentraler Risikofaktor: In Deutschland leiden mehr als die Hälfte der Frauen und rund ein Drittel der Männer ab dem 60. Lebensjahr an Arthrose. Neben großen Gelenken wie Knie, Schulter oder Hüfte können auch Fingergelenke von Arthrose betroffen sein. Ein weiteres Gesundheitsthema, das mit 80% der Betroffenen hauptsächlich Frauen nach der Menopause betrifft, ist die Osteoporose (Knochenabbau). Entsprechend dringend gesucht werden daher Behandlungsmöglichkeiten, die sowohl Knorpel als auch Knochen vor dem Abbau schützen und diese im Idealfall regenerieren.

Daran arbeiten Burkhard Klösch und sein Team vom LBI für Arthritis und Rehabilitation an der Karl-Franzens-Universität Graz. Klösch beschäftigt sich schon seit Jahren mit Schwefelwasserstoff (H₂S) als Therapiemöglichkeit für entzündliche und degenerative Gelenkserkrankungen und ist der Ludwig Boltzmann Gesellschaft schon seit vielen Jahren verbunden. Als Molekularbiologe und Pharmakologe ist er auf Genetik und zelluläre Signalwege spezialisiert. Durch die Interaktion von Rezeptoren, Signalmolekülen und Zielproteinen können Zellen Informationen empfangen, verarbeiten und darauf reagieren.

Auf dem Weg vom Schwefelbad zu einer ‚heilsamen‛ Anwendung in Form von H₂S freisetzenden Molekülen arbeitet das Team mit Kooperationspartnern an den Universitäten in Paris (CNRS), Graz und Wien zusammen. Den Schwefelwasserstoff an seinen Bestimmungsort zu bringen, ist schwierig: Das Molekül ist sehr kurzlebig, daher in seiner Freisetzung kaum kontrollierbar und zudem in hohen Dosen toxisch. Die Forschung konzentriert sich deshalb auf die Synthese von Molekülen, die H₂S kontrolliert, in niedrigen Dosen und nur innerhalb der Zelle freisetzen.

„Über welche zelluläre Signalwege sich H₂S in die Zellen einbringt und welche molekularen Mechanismen betroffen sind, wissen wir noch nicht ganz genau“, sagt Projektleiter Burkhard Klösch, „aber wir haben es geschafft, den chemisch instabilen Schwefelwasserstoff an bewährte Wirkstoffmodelle zu koppeln. Konkret an zwei unterschiedliche COX-2-Inhibitoren – Aspirin und Naproxen –, um ihn so in der Zelle langsam und dosiert freizusetzen.“ Ein erstes Screening von Wirkstoffkandidaten wurde in vitro in Zellkulturexperimenten durchgeführt. Der Vorteil der Verwendung von definierten Zellkulturlinien besteht darin, Effekte zunächst isoliert und unbeeinflusst von anderen Zelltypen analysieren zu können. Von ursprünglich rund 30 chemisch synthetisierten Schwefelverbindungen blieben drei übrig, die sich im ersten Screening als nicht toxisch erwiesen. Im nächsten Schritt wurden diese Kandidaten in unterschiedlichen in-vitro-Modellen für Entzündungen (Zelllinien von Makrophagen, Fibroblasten und Chondrozyten) sowie in einem Modell für Knochenabbau – vergleichbar mit dem bei Osteoporose – getestet. In beiden Versuchsreihen zeigten die Wirkstoffkandidaten jeweils die gewünschte Wirkung. Sie konnten spezifische Entzündungsmarker wie Interleukin-6, Interleukin-1β und die induzierbare NO-Synthase (iNOS) signifikant reduzieren und gleichzeitig den Umbau von Makrophagen in knochenabbauende Zellen (Osteoklasten) nahezu vollständig blockieren. Derzeit werden nun Knorpelzellen von Arthrose-Patient:innen von der Medizinischen Universität Wien (Karl Kiari Lab for Orthopaedic Biology, S Toegel) als Untersuchungsmodell verwendet, um vielleicht auch dort positive Effekte beobachten zu können.

2025 wollen Burkhard Klösch und sein Team jedenfalls herausfinden, wie und wo genau sich die Wirkung der Substanzen in den zellulären Signalwegen entfaltet: „Wir wissen, dass die Basis sehr gut funktioniert, aber den genauen Mechanismus kennen wir noch nicht.“ Mit molekularbiologischen und biochemischen Methoden, die am LBI für Arthritis und Rehabilitation und am Institut für pharmazeutische Wissenschaften der KFU Graz etabliert sind, „wollen wir den ‚Code‘ des Wirkmechanismus von H₂S knacken“. In diesem Zusammenhang ist es wichtig, keine falschen Hoffnungen zu wecken. Dennoch: Wenn sich positive Effekte auch im Tiermodell zeigen, kann die Medikamentenentwicklung weiter vorangetrieben werden. Mit Kolleg:innen an der Medizinischen Universität Wien und am LBI für Traumatologie in Wien soll als nächstes geprüft werden, wie sich die Substanzen in verschiedenen Tiermodellen bewähren.