Archiv "Gendoping: Nachweis prinzipiell möglich" (20.01.2012)

(1)

A 80 Deutsches Ärzteblatt

|

^{Jg. 109}

|

^{Heft 3}

|

20. Januar 2012

D

en Begriff „Gendoping“ fin- det man immer häufiger in der Medienberichterstattung zum Thema Doping. Die Verwendung des Be- griffs mutet fast schon inflationär an.

Offensichtlich werden ganz normale Pharmazeutika, die zum Teil noch nicht als Medikamente zugelassen sind, wie etwa Myostatin-Inhibito- ren, EPO-Mimetika, AICAR oder GW1516, dem Gendoping zugeord- net. In den seltensten Fällen ist bei der Verwendung dieses Begriffs das gemeint, was die WADA (World An- ti-Doping Agency) ursprünglich im Auge hatte, als sie 2004 erstmals Gendoping auf ihre Liste der verbo- tenen Substanzen und Methoden mit folgender Formulierung aufnahm:

„Gene or cell doping is defined as the nontherapeutic use of genes, genetic elements and/or cells that have the capacity to enhance ath - letic performance.“ (1)

Der Begriff „nontherapeutic“ in dieser Definition verweist implizit auf die therapeutische Nutzung von Gentransfertechnologien im Rahmen der somatischen Gentherapie. Hier-

bei gibt es zwei Hauptrepräsentan- ten. Mit dem sogenannten In-vivo- Ansatz versucht man, die genetische Manipulation direkt am Patienten durchzuführen. Die Erbinformation wird hierbei entweder „nackt“ verab- reicht oder in Transportvehikeln (zum Beispiel Viren), die zu diesem Zweck von humanpathogenen Ei- genschaften entschärft wurden. Beim sogenannten Ex-vivo-Ansatz ent- nimmt man dem Patienten zunächst Zellen, um diese außerhalb des Kör- pers – in der Kulturschale – genetisch zu manipulieren. Hiernach gibt man die genetisch manipulierten Zel- len dem Patienten wieder zurück.

Sehr strenge Auflagen

Klar abgrenzen lässt sich die somati- sche Gentherapie von der Verwen- dung von Pharmaka oder unter- schiedlichen chemisch modifizierten oder nicht modifizierten RNA-Vari- anten, die nicht zu einer gezielten Veränderung des menschlichen Ge- noms selbst führen. Für den Bereich der somatischen Gentherapie gelten – in Abgrenzung zu der pharmakolo-

gischen Intervention – sehr strikte gesetzliche Auflagen. Durch strenge Kontrollvorschriften und ein klini- sches Monitoring der Patienten soll sichergestellt werden, dass der Gen- transfer nicht die Keimbahn und damit die Nachkommen eines Patienten erfasst oder gar Dritte gefährdet, zum Beispiel über eine Virämie mit nach- folgender Ausscheidung und unkon- trollierter Verbreitung des Gentrans- fer-Vehikels in der Bevölkerung.

Wenn im Sport gentherapeutische Verfahren zu Dopingzwecken eingesetzt werden, ist in jedem Ein- zelfall nicht nur von einer Gefähr- dung des Sportlers auszugehen, sondern auch von einer möglichen Gefährdung Unbeteiligter. Gefähr- lich wird es vor allem dann, wenn nicht absolut sicher ist, dass die zum Gentransfer verwendeten Vi- ren vermehrungsunfähig sind.

Neben den speziellen Auflagen zur biotechnologischen Sicherheit müssen gentherapeutische Studien extrem hohen ethischen Anforde- rungen genügen. Sie durchlaufen oftmals ein Zulassungsverfahren, GENDOPING

Nachweis prinzipiell möglich

* Die Autoren bedan- ken sich bei Herrn Prof. Michael Bitzer, Universitätsklinikum Tübingen, Medizini- sche Klinik, Abteilung

Innere Medizin I, für die Beratung und Mit- wirkung beim Erstellen dieses Artikels.

Johannes-Gutenberg- Universität Mainz, Abteilung für Sport - medizin: Prof. Dr. med.

Dr. rer. nat. Simon, Dr. rer. medic. Tug Universitätsklinikum Tübingen, Medizinische Klinik und Poliklinik, Abteilung Innere Medizin I: Prof. Dr.

med. Lauer

Ein Gentransfer bedeutet ein hohes Risiko nicht nur für den dopenden Sportler, sondern auch eine potenzielle Gefährdung Unbeteiligter. Mit Nachdruck

sollten die Ansätze zu bereits möglichen Nachweisverfahren verfolgt werden.

Suzan Tug, Ulrich M. Lauer, Perikles Simon*

T H E M E N D E R Z E I T

(2)

Deutsches Ärzteblatt

|

^{Jg. 109}

|

^{Heft 3}

|

20. Januar 2012 A 81 das sich über mehrere Jahre hinzie-

hen kann. In den vergangenen fünf Jahren konnten jedoch sowohl bei Patienten mit monogenetischen Im- mundefekten oder monogenetischen Erkrankungen der Netzhaut als auch bei Patienten mit chronisch lym - phatischer Leukämie im Endstadi- um beachtliche Behandlungserfolge erzielt werden (2, 3). Bei all diesen Erfolgen war, wie in der Phase der theoretischen Konzeption der Gen- therapie, der Behandlungserfolg im Vergleich zu den praktisch nicht vorhandenen pharmakologischen Alternativen bahnbrechend und von großem Medieninteresse begleitet.

Entsprechendes Medieninteresse gab es bereits bei den ersten Erfolgen genetischer Mani- pulation von Tieren, bei denen entweder über eine Klo- nierung eine „gain of func - tion“ (wie bei der PPARδ- Maus) oder eine „loss of function“ (Myostatin-knock- out-Maus) oder aber über einen Gentransfer im adulten Tier (IGF-1 und Follistatin) Tiere mit enormen Muskelmassen und auch zum Teil enormen Kraftwerten gezüchtet wurden (4–7).

Genau an diesen Versuchen zum In-vivo-Gentransfer an adulten Tie- ren und deren Auswirkungen dürf- ten sich auch die ersten potenziellen Anwender der Gentransfertechno-

logie im Sport orientiert ha- ben. So hatte sich beispiels- weise nach Einführung des Nachweises für EPO (Ery- thropoetin) der mittlerweile wegen Doping an Minder- jährigen vorbestrafte „Trai- ner des Jahres 2002“, Tho- mas Springstein, in einem 2004 gerichtlich beschlag- nahmten E-Mail-Dokument danach erkundigt, wie er das Gendopingmittel Repoxy- gen beziehen könne. Bei Repoxygen handelt es sich um einen bislang rein tier - experimentell untersuchten AAV-Vektor, über den man zusätzliche, unter sinken- dem Gewebssauerstoffpar - tialdruck aktivierbare EPO- Gensequenzen in den Kör- per einschleusen kann (8).

Auch aus anderen Gerichtsver- fahren mit gedopten Sportlern, wie Marion Jones, Maurice Green und Dwain Chambers, ist bekannt, dass die Sportler es nicht etwa bei der Verwendung eines eigens für den Missbrauch im Sport synthetisierten Designersteroids beließen. Solche Sportler nehmen zusätzlich alles an- dere, was ebenfalls nicht nachweisbar ist. Auf der Dopingliste der genannten Sportler standen Substan- zen wie hGH, Insulin, IGF-1 und EPO. Zum Zeitpunkt der vermeintlichen Selbstmedikation mit diesem Cocktail gab es für die Weltklassesprinter weder einen wis- senschaftlich gesicherten Grund zu

der Annahme, dass sich hierdurch ihre Sprintleistung verbessern wür- de, noch war klar, mit welchen ge- sundheitlichen Beeinträchti- gungen sie zu rechnen hät- ten. Aber etwa 50 Prozent der Hochleistungssportler sind bereit, innerhalb von fünf Jah- ren zu sterben, wenn ihnen zu- vor die Einnahme einer Droge den sportlichen Erfolg sichern

würde – dies ist bekannt als das sportsoziologisch gut belegte Gold- man-Dilemma (9). Interessanter- weise wird diese Haltung von weni- ger als einem Prozent der Allge- meinbevölkerung geteilt (10).

Doping ist weit verbreitet Bei der Frage, in welchem Umfang Gendoping im Sport praktiziert wird, geben die Ergebnisse aus neueren epidemiologischen Studien zum Doping ein wenig Orientie- rung. Danach ist davon auszugehen, dass mindestens circa sieben Prozent der minderjährigen Leistungssport- ler in Deutschland bereits konven- tionelles Doping praktizieren (11).

Im Bereich des aktiven internationa- len Hochleistungssports konnte eine aktuelle Studie belegen, dass in manchen Ländern mehr als 60 Pro- zent der Leichtathleten Blutdoping oder Doping mit EPO-Mikrodosen betreiben. Dabei fiel auf, dass Do- ping unter Sportlern offensichtlich

„ansteckend“ ist, da in den Ländern, wo die Quote bei den Frauen niedrig lag, auch die Quote bei den Män- nern entsprechend niedrig war und umgekehrt. Diese Korrelation der Prävalenz zwischen den Geschlech- tern war hochsignifikant (12). Nimmt man diese Befunde zusammen und zieht man die Erfahrungen aus den gerichtlich bekanntgewordenen und anscheinend typischen polytoxiko- manen Dopingpraktiken des Hoch- leistungssports hinzu, dann ist nur eine Vermutung plausibel: Betreibt ein einziger Sportler Gendoping,

dann ist es nur eine Frage der Zeit, bis alle dopenden Sportler auch

Gendoping betreiben.

Die zur Neuentwicklung von Nachweisverfahren von Gendo-

ping zur Verfügung stehenden Geldmittel sind derzeit viel zu gering, als dass damit Entschei- dendes ausgerichtet werden könnte. Will man dem Miss- brauch effektiv und möglichst noch präventiv begegnen, werden Gendopingnachweisverfahren be- nötigt, die mit ausreichend hoher Spezifität, Sensitivität und Reliabi- lität durchgeführt werden können.

Gendoping sollte aus ethischen Er- wägungen und insbesondere auch aus Sicherheitsgründen möglichst

Hiermit scheint der Weg frei, bei entsprechender Finanzierung erste Gendopingnachweise in die Praxis zu überführen.

Foto: dapd

Foto: Fotolia

T H E M E N D E R Z E I T

(3)

|

^{Jg. 109}

|

^{Heft 3}

|

20. Januar 2012 komplett unterbunden werden. Der

Wettlauf zwischen Dopern und Analytikern, der etwa zur Folge ha- ben könnte, dass das Gendoping immer experimenteller, invasiver und riskanter wird, sollte unter dem Aspekt der biologischen Sicherheit der Gesellschaft vermieden werden.

Nachweis schwer möglich Hierin liegt unter anderem ein gro- ßer Nachteil der sogenannten indi- rekten Nachweisverfahren, die gera- de zur Bekämpfung von Gendoping immer wieder gefordert und vorge- schlagen werden. Man weist bei diesen Verfahren lediglich nach, dass eine auf natürlichem Weg höchst- wahrscheinlich nicht erreichbare physiologische Konstellation bei einem Sportler vorliegt. Wie eine solche Konstellation erreicht wurde, bleibt hierbei gänzlich offen. Ein an- schauliches Beispiel dafür, was das konkret bedeutet, liefert der Fall der Eisschnellläuferin Claudia Pech- stein, die wegen abnormer Schwan- kungen der Retikulozyten mit un- physiologischen Anstiegen genau vor wichtigen Wettkämpfen gesperrt wurde. Es bleibt offen, wie diese Schwankungen entstanden sind. Im günstigsten Fall lässt sich anneh- men, dass eine genetische Grund- konstellation in Verbindung mit einem Umweltfaktor, wie psy- chischem oder physischem Stress vor einem Wettkampf, zu solchen Werten führen könnte.

Mit welcher Wahrscheinlichkeit im Kollektiv der genetisch recht ein- malig veranlagten und begabten Hochleistungssportler sich eine solche potenzielle Gen-Umwelt-Inter- aktion finden lässt, liegt im Bereich des Spekulativen, womit sich eher Juristen als Fachgutachter befassen mögen. Möglich erscheint aber auch, dass die Athletin Gendoping, etwa mittels eines induzierbaren Vektorsystems, betrieben und ihre Erythropoiese zielgenau angekur- belt hat, so wie dies bereits 1998 am Menschenaffen erfolgreich und über mehr als sieben Jahre hinweg praktiziert wurde (13). Vielleicht liegt es nicht im Verantwortungsbereich des Sports, diesen kleinen Unterschied aufzuspüren und zu sichern. Der Ge- sellschaft sollte jedoch sehr stark dar -

an gelegen sein, dass genetisches Enhancement – so es denn betrieben wird – auch eindeutig erkannt, in der Folge verhindert oder zumindest in seiner Relevanz für die biologische Sicherheit eingestuft werden kann.

Hoffnung auf neue Verfahren Die meisten Dopingtests beruhen auf einem direkten Nachweisverfahren, das verbotene Substanzen, Metaboli- ten oder spezifische Marker konkret nachweisen kann. Beim Gendoping gibt es das Problem, dass die im Kör- per des Athleten selbst herbeigeführ- te Expression des aus dem Transgen hervorgegangenen Peptids in der Re- gel keine Unterscheidung desselben von der körpereigenen Variante des Proteins erlaubt. Auch kann man Gendoping so betreiben, dass man nur Material zuführt, das bereits im Körper der meisten Menschen vor- handen ist. Dies ist bei der Verwen- dung der bereits genannten viralen Vektoren automatisch der Fall, da die Bevölkerung mit den Wildtyp-Vari- anten dieser Viren durchseucht ist und sich auch im Körper ungedopter Menschen sämtliche Genbestandtei-

le, virale Bausteine, sämtliche Se- quenzen zur Steuerung der Genex- pression und Antikörper gegen alle möglichen verwendeten Strukturen und Bausteine nachweisen lassen.

Derartige virale Vektoren können er- staunlicherweise ohne besondere Auflagen als „ready to use“ oder gar

„custom made viral vectors“ über das Internet bezogen werden. Eine strengere Regulation der Abgabe sol- cher viraler Vektoren ist vor dem Hintergrund des nicht ganz unwahr- scheinlichen Missbrauchs im Sport oder auch im Body Building zumindest überdenkenswert.

Dass ein Gendopingnachweis auch in der oben skizzierten Situa - tion prinzipiell möglich ist, konnte erstmals 2006 aufgezeigt werden (14). Der Nachweis kann demzufol- ge an normalen Vollblutproben auf der Basis einer speziell auf das In- tron-freie Transgen abgestimmten Polymerase-Kettenreaktion (PCR) hochsensitiv und spezifisch durchge- führt werden. Beiter et al. wiesen erstmals in vitro für die Kandidaten VEGF und EPO die hohe Spezifität und Sensitivität eines solchen Ver- fahrens nach (15). 2010 konnten dann die Spezifität, die Sensitivität und vor allem auch das Potenzial als Langzeitnachweis von zwei unab- hängigen Arbeitsgruppen praktisch zeitgleich auf der In-vivo-Ebene be- legt werden (16, 17). Eine Gruppe von US-amerikanischen und franzö- sischen Gentherapeuten kam zu dem Ergebnis, dass das Intron-freie EPO- Transgen auch nach einmaligem, speziell auf den Muskel ausgerichte- tem Gentransfer im Menschenaffen mehr als ein Jahr nachweisbar ist.

Unsere Arbeitsgruppe konnte diese hohe Sensitivität auch im Versuch an Mäusen belegen, bei denen das VEGF-A-Transgen zumindest über den Versuchszeitraum von 56 Tagen nachweisbar war. Ferner konnten wir in einem groß angelegten Feldver- such mit 327 Blutproben von Sport- lern belegen, dass für die sechs Gendoping-Transgene EPO, IGF1, VEGF-A, VEGF-D, hGH und FST kein einziger Test falschpositiv war (17). Hiermit scheint der Weg frei, bei Bedarf und bei entsprechender Finanzierung erste Gendopingnach- weise in die Praxis zu überführen.

In Tierversuchen konnte ein Gen- transfer auch nach einem längeren Zeitraum nachge- wiesen werden.

Foto: picture alliance

T H E M E N D E R Z E I T

(4)

|

^{Jg. 109}

|

^{Heft 3}

|

20. Januar 2012

GENDOPING

Nachweis prinzipiell möglich

Ein Gentransfer bedeutet ein hohes Risiko nicht nur für den dopenden Sportler, sondern auch eine mögliche Gefährdung Unbeteiligter. Mit Nachdruck sollten die Ansätze zu bereits möglichen Nachweisverfahren verfolgt werden.

Suzan Tug, Ulrich M. Lauer, Perikles Simon*

LITERATUR

1. World Anti-Doping Agency (WADA): The 2004 prohibited list. http://www.wada- ama.org/Documents/World_Anti-Do- ping_Program/WADP-Prohibited-list/WA- DA_Prohibited_List_2004_EN.pdf 2. Porter DL, Levine BL, Kalos M, Bagg A,

June CH: Chimeric antigen receptor-modi- fied T cells in chronic lymphoid leukemia.

N Engl J Med 2011; 365: 725–33.

3. Maguire AM, High KA, Auricchio A, Wright JF, Pierce EA, Testa F, et al: Age-depen- dent effects of RPE65 gene therapy for Leber’s congenital amaurosis: a phase 1 dose-escalation trial. Lancet 2009; 374:

1597–605.

4. Wang YX, Zhang CL, Yu RT, Cho HK, Nel- son MC, Bayuga-Ocampo CR, et al: Regu- lation of muscle fiber type and running endurance by PPARdelta. PLoS biology 2004; 2: 1532 – 39.

5. McPherron AC, Lawler AM, Lee SJ: Regu- lation of skeletal muscle mass in mice by a new TGF-beta superfamily member. Na- ture 1997; 387: 83–90.

6. Lee S, Barton ER, Sweeney HL, Farrar RP:

Viral expression of insulin-like growth factor-I enhances muscle hypertrophy in resistance-trained rats. J Appl Physiol 2004; 96: 1097–104.

7. Kota J, Handy CR, Haidet AM, Montgome- ry CL, Eagle A, Rodino-Klapac LR, et al:

Follistatin gene delivery enhances muscle growth and strength in nonhuman primates. Sci Transl Med 2009; 1: 6ra15.

8. Friedmann T, Rabin O, Frankel MS: Gene Doping and Sport. Science 2010; 327:, 647–648.

9. Goldman B, Bush PJ, Klatz R. Death in the locker room. London: Icarus Press 1984.

10. Connor JM, Mazanov J: Would you dope?

A general population test of the Goldman dilemma. Br J Sports Med 2009; 43:

871–72.

11. Striegel H, Ulrich R, Simon P: Randomized response estimates for doping and illicit drug use in elite athletes. Drug Alcohol Depend 2010; 106: 230–32.

12. Sottas PE, Robinson N, Fischetto G, Dolle G, Alonso JM, Saugy M: Prevalence of blood doping in samples collected from elite track and field athletes. Clin Chem 2011; 57: 762–769.

13. Rivera VM, Gao GP, Grant RL, Schnell MA, Zoltick PW, Rozamus LW, et al: Long-term pharmacologically regulated expression of erythropoietin in primates following AAV- mediated gene transfer. Blood 2005; 105:

1424–30.

14. World Intellectual Property Organization (WIPO): Patentscope. Detection of trans- genic DNA. http://www.wipo.int/patent scope/search/en/WO2007124861 15. Beiter T, Zimmermann M, Fragasso A, Ar-

meanu S, Lauer UM, Bitzer M, et al:

Establishing a novel single-copy primer- internal intron-spanning PCR (spiPCR) procedure for the direct detection of gene doping. Exerc Immunol Rev 2008; 14:

73–85.

16. Ni W, Le Guiner C, Gernoux G, Penaud- Budloo M, Moullier P, Snyder RO: Longevi- ty of rAAV vector and plasmid DNA in blood after intramuscular injection in nonhuman primates: implications for gene doping. Gene Ther 2011; 18: 709–18.

17. Beiter T, Zimmermann M, Fragasso A, Hu- demann J, Niess AM, Bitzer M, et al: Di- rect and long-term detection of gene doping in conventional blood samples. Gene Ther 2010; 18: 225–31.