Mathematik hilft bei Bekämpfung der Sichelzellenanämie
Modell erklärt die hohe Stabilität der tödlichen Hämoglobin-Fasern
Britische Wissenschaftler haben herausgefunden, wie Hämoglobin-Moleküle im Inneren von roten Blutkörperchen bei Sichelzellenanämie zu langen, steifen Fasern verklumpen. Eine mathematische Analyse der elastischen Eigenschaften dieser Hämoglobin-Fasern verspricht nun einen neuen Therapieansatz – die Umwandlung der Fasern in kompakte und somit harmlose Kristallen. Das berichten die Forscher in den Physical Review Letters (Bd. 90, Nr. 128103).
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Matthew Turner von der Universität von Warwick in Großbritannien untersuchte in seiner Studie die elastischen Eigenschaften von Hämoglobin-Fasern. Bei Patienten mit Sichelzellenanämie bilden sich derartige Fasern im Innern der roten Blutkörperchen. Eine einzelne Faser kann dabei aus bis zu 400 einzelnen Strängen aus Hämoglobin-Molekülen aufgebaut sein. Diese Fasern verformen die roten Blutkörperchen, so dass diese feine Blutgefässe nicht mehr passieren können und der Blutfluss zu lebenswichtigen Organen lahmgelegt wird.
Forscher rätseln schon seit langem, wieso die Hämoglobin-Moleküle bei Sichelzellenanämie nicht zu kompakten Kristallen, sondern vielmehr zu langen Fasern verklumpen. Da die Moleküle aneinander haften, ist die Energie eines Hämoglobin-Klumpens nämlich am kleinsten, wenn die Kontaktfläche zwischen den einzelnen Molekülen wie bei einem Kristall am größten ist. Lange Fasern weisen hingegen viel geringere Kontaktflächen auf.
Turners mathematischer Studie zu Folge liegt die Lösung dieses Rätsels in der Tendenz der Hämoglobin-Stränge, sich beim Aufbau der Faser zu verdrillen. Ähnlich wie bei der Kordel eines Telefonkabels wird so die Kontaktfläche zwischen den einzelnen Molekülen vergrößert, so dass nun die langen Fasern die energetisch bevorzugte Form darstellen.
Ein erfolgversprechender Ansatz zur Behandlung der Sichelzellenanämie wäre daher eine Gentherapie, um die Blutzellen zur Bildung von Mutanten der Hämoglobin-Moleküle anzuregen, die beim Verklumpen weniger verdrillte Fasern bilden. Diese würden daher aufgrund ihrer nun höheren Energie zu kleinen Klumpen zusammenfallen, die die Blutzellen nicht verformen.
Stefan Maier
