Ionenkanäle – wie spannungsabhängige Natrium- oder Kalziumkanäle – steuern, wann Neuronen aktiv werden und Neurotransmitter freisetzen. Sie kommen überall im zentralen und peripheren Nervensystem sowie im Herz- und Muskelgewebe vor. Viele herkömmliche und neuere Schmerzmittel wirken durch die Blockierung dieser Kanäle, wodurch nicht nur das Schmerzempfinden verringert, sondern auch die normale Signalübertragung in Bezug auf Wachsamkeit, Gleichgewicht, Kognition und autonome Funktionen beeinträchtigt wird. Die anhaltende Opioidkrise hat deutlich gezeigt, wie wichtig es ist, neue, gezieltere Schmerzmittel zu entwickeln, die weniger Nebenwirkungen haben und frei von süchtig machenden Substanzen wie Opioidverbindungen sind.

Neue Hoffnung für Menschen, die unter chronischen Schmerzen leiden

Ein neuartiger Ansatz, der an der Purdue University in Indiana, USA, erforscht wird, zielt auf Adenylylzyklase (AC)-Enzyme ab. Diese werden durch G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (GPCRs)aktiviert, die auf Entzündungsmediatoren und Neurotransmitter reagieren, welche bei Verletzungen oder Entzündungen freigesetzt werden. Diese AC-Enzyme lösen eine Proteinkaskade aus, die letztlich zum Schmerzempfinden führt. Bei manchen Menschen können schwere Entzündungen oder Nervenverletzungen zu einer kontinuierlichen Freisetzung von Entzündungsmediatoren führen, die die GPCRs und in der Folge die ACs chronisch aktivieren. Dies senkt letztlich die Schmerzschwelle, verstärkt die Schmerzsignalisierung im Rückenmark und führt zu einer lang anhaltenden Überempfindlichkeit gegenüber neuronalen Reizen. Studien haben gezeigt, dass das Ausschalten von ACs – insbesondere von AC1 – sehr wirksam bei der Linderung chronischer Schmerzen ist und weniger Nebenwirkungen verursachen könnte als Medikamente, die auf weit verbreitete Ionenkanäle abzielen.

Dr. Val Watts ist Professor und stellvertretender Dekan für Forschung im Borch Department of Medicinal Chemistry and Molecular Pharmacology an der Purdue University und erforscht seit 2015 die Entwicklung von Nicht-Opioid-Medikamenten zur Behandlung chronischer Schmerzen. Das multidisziplinäre Watts-Labor, zu dem auch ein Postdoktorand und mehrere Doktorandinnen und Doktoranden gehören, kombiniert Molekularbiologie, Biochemie und Pharmakologie, um die Aktivierung von GPCRs und ACs, ihre Signalmechanismen und potenzielle Enzyminhibitoren zu untersuchen. Ein Großteil dieser Arbeiten konzentrierte sich bisher auf Mitglieder der Dopamin-, Cannabinoid-, Serotonin- und Adenosinrezeptorfamilien.    

Steigerung des Assay-Durchsatzes mit elektronischen Pipetten

Dr. Watts und sein Team führen häufig große AC-Inhibitionstests durch, bei denen die gleichen Reagenzien in mehrere Reihen oder Spalten von 384-Well-Platten verteilt werden. Dr. Watts zu den Herausforderungen, die mit diesen Tests verbunden sind: „Wir müssen routinemäßig schnell und konsistent in einem 384-Well-Format mit hoher Präzision pipettieren. Diese Arbeit ist mühsam, kann nur langsam durchgeführt werden und ist anfällig für Schwankungen und Fehler der Anwendenden, wenn eine Einkanalpipette verwendet wird, insbesondere bei niedrigen Volumen. Das ist alles in allem nicht ideal für den Durchsatz und die Reproduzierbarkeit.“

Das Team verwendet die Mehrkanalpipette VOYAGER mit einstellbarem Spitzenabstand, um diese sich wiederholenden Dispensieraufgaben zu unterstützen. Dr. Watts erklärt seine Entscheidung für INTEGRA wie folgt: „Wir verwenden VOYAGER-Pipetten bereits seit ihrer Markteinführung im Jahr 2011. Ich habe mich für die VOYAGER-Pipetten entschieden, weil sie so flexibel sind. Sie ermöglichen es uns, jeweils nur einige wenige Wells präzise zu dosieren oder schnell eine ganze 384-Well-Platte zu befüllen, mit minimaler Hands-on-Time. Wir haben so gute Erfahrungen gemacht, dass ich bald weitere VOYAGER-Mehrkanalpipetten sowie mehrere INTEGRA-Einkanalpipetten gekauft habe. Alle Labormitarbeitenden verfügen nun über einen eigenen Satz INTEGRA-Pipetten sowie die serologische Pipettierhilfe PIPETBOY acu 2, sodass niemand warten muss, bis eine Pipette verfügbar ist. Dadurch ist zudem das Risiko einer Kreuzkontamination geringer. Wenn wir im gesamten Labor die gleichen Liquid-Handling-Geräte verwenden, können wir auch die Ergebnisse zwischen den verschiedenen Workflows und Mitarbeitenden besser miteinander vergleichen.“

Benutzerfreundliche Tools für das Liquid Handling rationalisieren die Analgesieforschung

„Die VOYAGER-Pipetten sind einfach und intuitiv zu bedienen, und selbst Studierende im Grundstudium können sich mit einem Minimum an Training und Übung schnell damit vertraut machen, was die Lernkurve verkürzt. In der Regel erstellen wir für alle unsere Workflows maßgeschneiderte Pipettierprotokolle, und das ist mit den VOYAGER-Pipetten dank ihres Kontrollrads und der Benutzeroberfläche sehr einfach. Diese intuitive Bedienbarkeit trägt dazu bei, dass weniger erfahrene Labormitarbeitende mehr Vertrauen in das Pipettieren und die Ergebnisse gewinnen.“

„Ich schätze auch die Beziehung zu unserer INTEGRA-Vertriebsmitarbeiterin sehr, da sie sehr aufmerksam und stets bereit ist, uns bei unseren Fragen und der Gerätewartung zu unterstützen. Ich bin ebenfalls sehr dankbar für das Fachwissen und die Liebe zum Detail des INTEGRA-Teams. Dank seiner Unterstützung müssen wir weniger Zeit für die Problemlösung aufwenden und können uns stattdessen stärker auf unsere wichtige Forschung zu gezielten, nicht-opioiden Therapien für chronische Schmerzen konzentrieren“, so Dr. Watts.