Aktuelle Veranstaltungen

Dr. Stephan Binder
Forschungszentrum Jülich GmbH
IBG-1: Biotechnologie
s.binder@fz-juelich.de

Kurzzusammenfassung:

Mikroorganismen sind die Leistungsträger der Biotechnologie. Bakterien oder Pilze verwandeln nachwachsende Rohstoffe in wertvolle Produkte, zum Beispiel Aminosäuren, Polymer-Bausteine oder Arzneistoffe. Damit Mikroben aber für Spitzenleistungen in der industriellen Produktion geeignet sind, muss ihre genetische Ausstattung optimiert werden.

Bei der Stammentwicklung von Produktionsorganismen stoßen Biotechnologen aber vielfach an Grenzen. Meist werden bei den Mikroorganismen zufällige genetische Veränderungen im Erbgut ausgelöst und danach werden Milliarden Varianten von unterschiedlich modifizierten Mikroorganismen auf ihre Eigenschaften und Fähigkeiten hin analysiert. Dieses Durchmustern ist aufwendig und bleibt meist lückenhaft. Das Team um Stephan Binder und Georg Schendzielorz hat ein innovatives Stammentwicklungsverfahren entwickelt, mit dem sich der Prozess deutlich beschleunigen und besser ausschöpfen lässt. Ihr Konzept nennen die Jülicher Forscher High-Throughput Screening & Recombineering (HTSR). Die HTSR-Technologie haben sie bereits erfolgreich für die Entwicklung von Stämmen für die Aminosäureproduktion eingesetzt.

In der ersten Phase der GO-Bio-Förderung will das Team um Binder und Schendzielorz die Technologie zu einer Plattform ausbauen und für die Entwicklung neuer Mikroben für die industrielle Aminosäureproduktion nutzen. Zudem soll die Technologie weiterentwickelt und auf andere Produktionsorganismen übertragen werden, etwa für die Erzeugung weiterer industrieller Produkte – zum Beispiel Polymer-Vorstufen oder biopharmazeutische Wirkstoffe. Das Ziel des zu gründenden Unternehmens: die Entwicklung hochproduktiver mikrobieller Produktionsstämme für Kunden aus der Chemie- und Pharmaindustrie.

Prof. Dr. med. Ulrich Bogdahn
Universitätsklinikum Regensburg
uli.bogdahn@ukr.de

Kurzzusammenfassung:

Unter den neurodegenerativen Erkrankungen ist die Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) eine der schwierigsten Diagnosen: Da vor allem die motorischen Anteile des Nervensystems betroffen sind, kommt es bei den Patienten unaufhaltsam zu Lähmungen der Körpermuskulatur. In der Regel hat die Krankheit eine sehr problematische Prognose. Die molekularen Ursachen der ALS sind vielfältig. Eine wirksame kausale Therapie gibt es bisher leider noch nicht.Das will das Team um Ulrich Bogdahn von der Uniklinik Regensburg ändern. Im Rahmen des GO-Bio-Projekts wird die Gründung des Unternehmens namens „CampoNeuro Pharma“ angestrebt. Der Ansatz der Regensburger Biomediziner: Mit einem innovativen Wirkstoff soll die Neubildung von Nervenzellen gezielt wieder reaktiviert werden. Der Schlüssel dazu ist ein sogenannter Antisense-Wirkstoff, der höchst präzise im Gehirn den sogenannten TGFß-Signalweg unterbrechen wird. Die Konzentration des TGFß-Moleküls ist bei Menschen mit neurodegenerativen Erkrankungen erhöht. Ein Übermaß an TGFß hemmt jedoch die Fähigkeit des Zentralen Nervensystems, sich zu regenerieren und neue Nervenzellen hervorzubringen. Diesen natürlichen Kompensationsmechanismus will die Arbeitsgruppe reaktivieren und damit für die Patienten wieder ein möglichst normales Leben ermöglichen. Durch gezieltes Verabreichen des Antisense-Wirkstoffs in die Hirnkammern soll die sogenannte Neurogenese im ZNS effektiv gesteigert werden und somit dem Verlust an Nervenzellen entgegenwirken. In der ersten Phase von GO-Bio plant das Team um Ulrich Bogdahn, den Wirkstoffkandidaten bis zum Start der klinischen Studien am Patienten präklinisch zu entwickeln. Zudem werden Biomarker entwickelt, die der späteren Patientensicherheit dienen sollen sowie bestimmte Rückschlüsse auf die Wirkung des Präparates zulassen werden. Aus ihnen werden darüberhinaus umfassende Erkenntnisse über die Krankheit selbst und ihre molekularen, zellulären und funktionellen Mechanismen erwartet.  In der zweiten Phase von GO-Bio ist die klinische Entwicklung geplant – wie auch die Gründung von „CampoNeuro Pharma“ als Biotechnologie-Unternehmen.

Prof. Dr. Harald Burkhardt
Fraunhofer- Institut für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie IME
Projektgruppe Translationale Medizin und Pharmakologie TMP
Frankfurt am Main
Harald.burkhardt@ime.fraunhofer.de

Kurzzusammenfassung:

Ziehende Schmerzen in Gelenken, der Wirbelsäule, Muskeln und Sehnen – Rheuma verändert das Leben der Betroffenen dramatisch. Bei der Behandlung von entzündlichen Erkrankungen wie der Rheumatoiden Arthritis (RA) wird in der Regel das aus den Fugen geratene Immunsystem unspezifisch gedämpft. Das führt zwar häufig zu einem günstigeren Krankheitsverlauf, doch eine dauerhafte Linderung oder gar eine Heilung sind eher die Ausnahme.

Harald Burkhardt und sein Team machen sich daran, eine personalisierte, nachhaltig wirksame und dazu noch gut verträgliche Therapie für die RA zu entwickeln. In der in Frankfurt angesiedelten Fraunhofer-IME Projektgruppe verfolgen die Forscher den Ansatz einer auf den jeweiligen Patienten zugeschnittenen Immuntherapie, mit der die Überreaktionen des Immunsystems gebändigt werden sollen. Unter dem Arbeitstitel „aidCure“ ist in der ersten GO-Bio-Phase geplant, Proteinkomplexe bestehend aus sogenannten MHC-Klasse II-  und Gelenkknorpel-Molekülen biotechnologisch herzustellen. Die Idee: Diese Proteinmoleküle helfen dabei, das Immunsystem zu mehr Selbsttoleranz zu erziehen; die von ihm irrtümlich als Eindringling eingestuften körpereigenen Gelenkstrukturen werden durch diese Umerziehung wieder in Ruhe gelassen.

Im Tiermodell hat der Ansatz schon überzeugt. Das Team um Burkhardt will die Entwicklung des Immuntherapeutikums nun vorantreiben und es in die klinische Prüfung am Menschen überführen. Wie für eine personalisierte Therapie üblich sollen die Komplexe auf die charakteristischen immungenetischen Anlagen eines Patienten abgestimmt werden. Für den Anfang haben sich die Forscher eine bestimmte Variante der MHC Klasse II-Moleküle ausgewählt, die bei Betroffenen besonders häufig ist: Etwa die Hälfte europäischstämmiger RA-Patienten besitzt sie. Das aidCure-Team geht davon aus, dass sich dieses Therapieprinzip auch auf weitere Autoimmunerkrankungen wie die Multiple Sklerose übertragen lässt.

Dr. Ingo Grunwald
Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM Bremen
ingo.grunwald@ifam.fraunhofer.de

Kurzzusammenfassung:

In Deutschland werden ca. 750.000 Behandlungsfälle pro Jahr aufgrund von Nierensteinen dokumentiert. Bei ungefähr 400.000 Patienten werden endoskopische Eingriffe durchgeführt. Damit sind die Fallzahlen fast doppelt so hoch wie die für Schlaganfälle oder Herzinfarkte. Mit annähernd 5,8 Millionen Fehltagen pro Jahr verursachen Nierensteinerkrankungen zugleich einen hohen volkswirtschaftlichen Schaden.

Das Problem: Kleinere Steintrümmer, wie sie bei der endoskopischen Lasertherapie oder der Stoßwellentherapie von Nierensteinen entstehen, können bislang nicht zuverlässig entfernt werden und bleiben daher zurück. Das Risiko der Nierenstein-Neubildung ist somit sehr hoch. Nach Schätzung von Experten kehren die Nierensteine in mehr als der Hälfte der Fälle innerhalb von fünf Jahren nach dem Eingriff wieder.

Hier setzt das GO-Bio-Projekt „mediNiK“ an. Das Team um Ingo Grunwald vom Fraunhofer IFAM in Bremen hat einen biokompatiblen medizinischen Klebstoff mit selektiver Adhäsion zur Entfernung von Nierensteinresten für die endoskopische Therapie entwickelt. Dabei arbeiten die Forscher eng mit der Klinik für Urologie des Universitätsklinikums Freiburg (Martin Schönthaler und Arkadiusz Miernik) zusammen. Ziel ist es, das neue Produkt in den nächsten vier bis fünf Jahren zur Marktreife zu führen.

Der Vorteil der mediNiK-Medizintechnologie: die Klebstoffapplikation kann ohne neues Instrumentarium oder weitere Verfahrensschritte in bisherige endoskopische Operationsverfahren integriert werden. Die selektive Adhäsion des Klebstoffs sorgt für ein Verkleben der ansonsten in der Niere verbleibenden Steinfragmente, ohne am Nierengewebe oder am Endoskop festzukleben. Es bildet sich ein elastischer Klumpen, der problemlos mit den üblichen Fanginstrumenten entfernt werden kann. Auf diese Weise können erstmals alle Steinfragmente sicher entfernt werden.

Dr. Ulrich Rabausch
Mikrobiologie und Biotechnologie
Universität Hamburg – Biozentrum Klein Flottbek
ulrich.rabausch@uni-hamburg.de

Kurzzusammenfassung:

Polyphenole sind in aller Munde – und das im wörtlichen Sinn. Vertreter dieser sekundären Pflanzenstoffe finden sich in Wein, Tee oder Kakao und sind für ihre gesundheitsfördernden Wirkungen auf unseren Körper bekannt. Polyphenole können vielfältige Effekte haben:  Sie wirken aktivierend, protektiv (antioxidativ) oder auch regulierend (entzündungshemmend) und können sogar vor Krebs schützen. Biotechnologen um Ulrich Rabausch vom Biozentrum Klein Flottbek der Universität Hamburg schicken sich nun an, diese Moleküle für den Einsatz in Kosmetikprodukten, Lebensmitteln oder Pharmazeutika zu optimieren.

Das Team hat ein biotechnologisches Verfahren entwickelt, mit dem sich durch Glykosylierung die Funktionalität von Polyphenolen verbessern lässt. Gezieltes Anhängen von Zuckerketten an die aromatischen Verbindungen kann deren Wirksamkeit, Stabilität, Löslichkeit und Bioverfügbarkeit beeinflussen. Das Team um Rabausch hat Bakterienzellen so umprogrammiert, dass diese im Bioreaktor nun verschiedene Enzyme herstellen können, mit deren Hilfe Polyphenol-Moleküle maßgeschneidert mit unterschiedlichen Zuckeranhängseln versehen werden.

In der ersten GO-Bio-Phase will das Gründerteam die Plattformtechnologie namens GLYCONIC ausbauen und optimieren. Zudem soll das Verfahren auch auf die Produktion von größeren Produktmengen getrimmt werden. Bereits in der ersten GO-Bio-Phase wird die Kooperation mit einem Industriepartner angestrebt. Im Visier haben die Forscher etwa die Herstellung von bestimmten Aromastoffen und kosmetisch aktiven Substanzen. Die entwickelten glykosylierten Naturstoffe sind für die Kosmetik- und die Lebensmittelindustrie, aber auch für Pharmahersteller interessant.

Dr. Wolfgang Schwarz
Technische Universität München
wschwarz@wzw.tum.de

Kurzzusammenfassung:

Pflanzliche Biomasse besteht zu einem großen Teil aus Cellulose, einem langkettigen Zuckermolekül, das in der Zellwand steckt. Potenziell ist Cellulose ein wertvoller Rohstoff für eine biobasierte Wirtschaft. Bislang wird sie allerdings als Zuckerquelle für die Biotechnologie kaum genutzt. Grund: Bisher ist es immer noch zu aufwendig, die Zuckerketten in ihre Bausteine zu zerlegen.

Das Team um Wolfgang Schwarz hat eine Technologie namens FasCiPlex entwickelt, mit der sich Cellulose effizienter zu Industriezucker spalten lässt. Die innovative Entwicklung bildet synthetisch einen bakteriellen Enzymkomplex nach, der das Cellulosemolekül besonders gründlich zerhäckseln kann. So will das Team um Schwarz die Effizienz der Zuckergewinnung auf mehr als das Dreifache im Vergleich zu Konkurrenzprodukten auf dem Markt steigern.

Im Rahmen der ersten Phase von GO-Bio soll die FasCiPlex-Technologie vom Prototyp zum Produkt weiterentwickelt werden sowie die industrielle Produktion des Multi-Enzymkomplexes ausgearbeitet werden. Hierbei soll er zudem für das Biomasse-Substrat von Industriekunden maßgeschneidert werden. Zunächst ist geplant, den FasCiPlex-Prototyp mit einem Pilotkunden zur Anwendungsreife zu bringen und Grundlagen für eine Herstellung im industriellen Maßstab zu legen. Die aus der Spaltung von Cellulose gewonnenen Zuckerbausteine sind sowohl für die energetische (Biokraftstoffe) als auch für die stoffliche Nutzung (Basischemikalien, Lösungsmittel) geeignet.

Annabell Wobschall
Frankenförder Forschungsgesellschaft mbH
Luckenwalde
wobschall@gmx.de

Kurzzusammenfassung:

Schon seit vielen Jahren ist die wirtschaftliche Situation der Milchbetriebe angespannt. Rentables Wirtschaften hängt ganz entscheidend von der Verfassung der Kühe im Stall ab: Je länger eine Kuh eine hohe Milchleistung bringt, desto besser. Das stellt allerdings auch ganz besondere Anforderungen an die Gesundheit und das Wohlergehen der Tiere, die lebenslang eine außergewöhnliche physische Leistung erbringen.

Ein Schlüssel für die Gesunderhaltung ist die rechtzeitige Erkennung, Diagnose und Behandlung kranker Milchkühe. Hochleistungskühe haben heutzutage oft mit Eutererkrankungen zu kämpfen. Anfällig sind sie ganz besonders in den Tagen vor und nach dem Kalben, der sogenannten Transitperiode. Für den Milchbetrieb ist zudem wichtig zu wissen, wann die Kühe brünstig sind und wann die nächste Geburt eines Kalbes ansteht – an diesen Tagen ist die besondere Aufmerksamkeit und Sorgfalt der Viehhalter gefragt.

Hier setzt das Projekt „Dairy Lifespan“ an. Das sechsköpfige Team um Annabell Wobschall entwickelt ein sensorbasiertes Expertensystem für die Milchviehhaltung. Das Überwachungssystem stützt sich auf eine neue Generation von Sensoren, die alle wichtigen Verhaltensweisen von einzelnen Tieren aufzeichnen. Dazu zählen etwa Futteraufnahme, Wiederkäuen und Bewegungsaktivität. Eine Software wertet nicht nur die Daten aus, sondern ordnet die Ergebnisse auch ein und gibt dem Landwirt erprobte Handlungsempfehlungen. Vor allem verbessert die Früherkennung von Problemen den Erfolg der Maßnahmen.  In der ersten Projektphase will das interdisziplinäre Team um Wobschall die Messplattform weiterentwickeln und prüfen. Parallel dazu werden Algorithmen entwickelt und das System in der Praxis erprobt. Insgesamt soll mit Dairy Lifespan lebenslang die Gesundheit und das Wohl der Tiere gesichert werden. Und somit die Voraussetzung für eine nachhaltige und tiergerechte Erzeugung hochwertiger Agrarprodukte geschaffen werden.

Prof. Dr. Sven-Erik Behrens
Institut für Biochemie und Biotechnologie
Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

Kurzzusammenfassung:

Impfstoffe für Tiere bestehen meistens aus inaktivierten oder abgeschwächten Formen von Viren. Ein grundsätzliches Problem vieler Impfverfahren: Oft sind mit einem Erreger infizierte Tiere nicht von geimpften Tieren zu unterscheiden, was für die Zucht und den Handel mit Nutztieren von entscheidender Bedeutung ist. Zudem ist die Impfstoffentwicklung meist langwierig und die Impfungen in Großbetrieben technisch aufwendig.

Das Team um Sven-Erik Behrens hat gemeinsam mit Kooperationspartnerin Karin Breunig gentechnisch veränderte Stämme der Milchhefe Kluyveromyces lactis als neue Produktionsorganismen für die Herstellung von Impfstoffen etabliert. Der einzellige Pilz kann virale Eiweißmoleküle rasch und in großen Mengen produzieren. In einem nächsten Schritt genügt es, die Hefe abzutöten. Die inaktivierten Zellen inklusive Impfstoff können den Tieren direkt unter die Haut (subkutan) oder sogar mit dem Futter verabreicht werden, um eine Immunantwort auszulösen. Ein weiterer Vorteil: Die neuen Vakzine lassen eine Unterscheidung von natürlicher Ansteckung und Impfung zu.

Im Visier hat das Team um Behrens zwei Geflügelerkrankungen (die infektiöse Bursitis und die aviäre Influenza) und eine in Deutschland weit verbreitete Rinderseuche (die bovine Diarrhoe). Alle drei Infektionskrankheiten werden durch Viren ausgelöst. In der ersten Phase der GO-Bio-Förderung wollen die Forscher das bereits erfolgreich erprobte subkutane Impfverfahren zur technischen Reife bringen. Zudem haben sich die Hallenser vorgenommen, das orale Impfverfahren noch effizienter zu machen. Dies wäre insbesondere für die Impfung von Geflügel in Betrieben mit Intensivhaltung interessant. Für dieses Ziel wollen die Forscher an verschiedenen molekularen Stellschrauben bei den gentechnisch veränderten Hefestämmen drehen, sowie die Kultivierung und die Verabreichungsform optimieren.

Markus Junker
Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Nachwuchsforschergruppe Tumorimmunologie
Universitätsfrauenklinik Würzburg
junker_m1@klinik.uni-wuerzburg.de

Kurzzusammenfassung:

Krebszellen produzieren in vielen Fällen ein Übermaß an bestimmten Wachstumsfaktoren oder Signalmolekülen. Das gilt auch für den Wachstumsfaktor GDF-15 (growth and differentiation factor-15). Erhöhte Konzentrationen dieses löslichen Eiweißmoleküls begünstigen das Wachstum von Tumoren und die Entstehung von Metastasen. Das Protein kann im Blut nachgewiesen werden. In seiner Doktorarbeit hat Markus Junker einen monoklonalen Antikörper erzeugt, der zielgenau an das GDF-15-Molekül andocken kann. Dadurch blockiert er dessen Wirkung. In verschiedenen Tierversuchen hat sich bereits gezeigt, dass sich das Tumorwachstum durch eine Blockade von GDF-15 hemmen ließ.

Auf diesen vielversprechenden Daten aufbauend soll derAntikörper nun zu einem Wirkstoff für die Immuntherapie weiterentwickelt werden. In der ersten Phase der GO-Bio-Förderung soll der Antikörper für den Einsatz in klinischen Studien optimiert und nach GMP-Standards produziert werden. Zunächst gilt es dazu, den Wirkstoff für den Einsatz beim Menschen anzupassen, das Molekül muss also humanisiert werden. Parallel ist die Entwicklung weiterer Antikörperversionen geplant. Außerdem soll auch ein begleitender diagnostischer Test entwickelt werden. Die Wirkstoffkandidaten müssen sich dann in präklinischen Studien und Toxizitätstests beweisen.

Für diese Arbeiten kooperiert das Team um Junker mit der Sektion für experimentelle Antikörpertherapie der Universität Tübingen und der Firma Synimmune, die 2010 ebenfalls im Zuge einer GO-Bio-Förderung entstanden ist. Für die Entwicklung der begleitenden Diagnostik ist eine Zusammenarbeit mit der Firma Vasopharm geplant. Die Firmengründung ist nach Erreichen der GMP-Produktion des Antikörpers und der erfolgreichen Toxizitätstestung geplant. Für klinische Studien steht die „Early Clinical Trial Unit“ des Universitätsklinikums Würzburg zur Verfügung.

Dr. Katrin Lorenz-Baath
Projektleiterin AVIRU, Lehrstuhl für Organische Chemie II
Technischen Universität München
lorenz@aviru.de

Kurzzusammenfassung:

Antibiotika sind heute vielfach zu einer stumpfen Waffe im Kampf gegen Keime geworden. Pathogene Bakterien und Einzeller haben oft bereits Resistenzen gegen eine Reihe von Medikamenten entwickelt. Die Optionen für eine erfolgreiche Therapie sind in solchen Fällen sehr begrenzt. Verschärft wird das Problem durch das zurückgefahrene Engagement der Pharmaindustrie bei der Entwicklung neuer Antibiotika. Der Bedarf an Innovationen in diesem Feld ist groß.

Das Team AVIRU aus München entwickelt Wirkstoffe, die multiresistente Bakterien mit einer neuen Strategie außer Gefecht setzen.  Anders als herkömmliche Antibiotika töten die Wirkstoffe – kleine chemische Moleküle aus der Substanzklasse der Beta-Lactone – die Mikroben aber nicht ab. Vielmehr werden die Zellen daran gehindert, Toxine abzusondern, die im Körper von Patienten gefährliche Krankheitssymptome hervorrufen. Das blockierte Zielmolekül ist ein Bakterien-Enzym namens ClpP.

Der Vorteil dieser Strategie: Sind sie erst einmal entwaffnet, werden die Bakterien durch die Immunantwort des Patienten eliminiert. Da die Bakterien nicht in ihrem Wachstum gehemmt werden, ist auch die Ausbildung möglicher Resistenzen gegen den Wirkstoff reduziert. In der ersten Förderphase des GO-Bio-Projektes möchte Katrin Lorenz-Baath mit ihrem Team zunächst das Hauptaugenmerk auf die Validierung des Angriffszieles und die kristallographische Bindungsaufklärung legen. Diese Arbeiten legen den Grundstein für die medizinalchemische Optimierung der vorhandenen Wirkstoffkandidaten. Am Ende der ersten Förderphase steht das Ziel, präklinische Wirkstoffkandidaten zu identifizieren, die sich für eine potenzielle Anwendung am Menschen eignen. Die Durchführung von Tierstudien und der Eintritt in die klinische Phase ist im Anschluss geplant.

Prof. Dr. Stefan Luther
Forschungsgruppenleiter am Max-Planck-Institut für Dynamik und
Selbstorganisation, Göttingen
stefan.luther@ds.mpg.de

Kurzzusammenfassung:

Mehr als 100.000 Menschen sterben jährlich in Deutschland am plötzlichen Herztod, der durch Arrhythmien wie dem Kammerflimmern ausgelöst wird. Die elektrische Erregung, die die Pumpaktivität des Herzens antreibt, driftet hierbei ins Chaos und breitet sich in spiralförmigen Wellen im Herzmuskel aus. Gegen das Kammerflimmern gehen Herzmediziner mit der Defibrillation vor: Dabei wird ein starker elektrischer Schock ausgelöst, der die elektrische Erregung im gesamten Herz kurzzeitig auslöscht. Der Herzrhythmus kann dann wieder in seinen geregelten Takt zurückkehren. So effektiv die Stromstöße sind – sie werden von den Patienten als äußerst schmerzhaft empfunden. Zudem kann dabei das umliegende Gewebe geschädigt werden. Diese Nebenwirkungen sind auch der Grund, warum sich viele Patienten gegen einen implantierbaren Lebensretter entscheiden.

Das Team um Luther entwickelt eine neue Generation von Defibrillatoren: Sie funktionieren nach dem Konzept der Niedrig-Energie-Defibrillation. Die implantierbaren Geräte sollen dabei nicht wie bisher das gesamte Herz mit einem hochenergetischen Schock beeinflussen, sondern stimulieren gleichzeitig mehrere Bereiche des Herzmuskels durch schwache elektrische Felder, um so die Rhythmusstörungen zu beenden.

Die Technologie heißt LEAP (Low-Energy Antifibrillation Pacing). Im Tiermodell ist das Verfahren bereits erfolgreich erprobt: Hier ließ sich die eingesetzte Energie um bis zu 90 Prozent im Vergleich zu herkömmlichen Geräten verringern. Die Forscher gehen davon aus, dass die Schmerzschwelle hierbei deutlich unterschritten ist. Im GO-Bio-Projekt möchte Luther mit seinem Team das Gerät zunächst bis zum erfolgreichen Funktionstest im Großtiermodell entwickeln. Dazu soll ein Prototyp für einen LEAP-Defibrillator entstehen. Für Funktionstests sind Analysen in silico, in vitro und in vivo geplant. Dazu wird Luther mit Medizinern vom Göttinger Universitätsklinikum kooperieren. In der Projektphase II sind dann neben der Firmengründung klinische Studien und die Marktzulassung des Medizinproduktes geplant.

Dr. Oliver Pötz
Arbeitsgruppenleiter am Naturwissenschaftlichen und Medizinischen Institut
Universität Tübingen
poetz@nmi.de

Kurzzusammenfassung:

In der Medikamentenentwicklung werden Biomarker immer wichtiger. Die Existenz und die Konzentration dieser Moleküle verraten etwas darüber, wie eine Erkrankung verläuft. Biomarker können auch die Entwicklung von Medikamentenkandidaten verbessern, indem sie früh und zuverlässig mögliche Organschäden anzeigen. In der Pharmaindustrie sind solche Anzeiger daher in Toxizitätstests gefragt, wenn Arzneien im Tierversuch auf ihren Einfluss auf Leber, Niere und Blutgefäße untersucht werden.

Biochemiker Oliver Pötz hat ein antikörperbasiertes Verfahren mit Methoden der Massenspektrometrie verknüpft, um die Biomarkerforschung zu erleichtern und zu beschleunigen. Der innovative Schritt für dieses Analyseverfahren liegt in der Anreicherung der Markermoleküle. Das Besondere: die eingesetzten Antikörper erkennen einen sehr kleinen und spezifischen Bereich eines untersuchten Proteins. Das funktioniert gleichermaßen für Proben aus Maus, Ratte, Hund,  Affe und Mensch. Somit können verschiedene Spezies mit einem einzigen Antikörper untersucht werden – was das Prozedere im Vergleich zu herkömmlichen Tests erheblich vereinfacht und beschleunigt. Die mit der Immunoaffinitätsmethode angereicherten Bruchstücke eines Biomarker-Moleküls können anschließend per Massenspektrometrie identifiziert und quantifiziert werden.

Im GO-Bio-Projekt möchte Pötz mit seinem Team das Testsystem für die Biomarkeranalyse zum Nachweis von Nierenschäden in präklinischen Studien validieren. Weitere Testverfahren sollen auch für Leber- und Blutgefäßschädigungen durchgeführt werden. Basierend auf diesen Ergebnissen wird die zu gründende Firma beginnen, die sogenannten XIM-Tests (cross-spezies Immunoassays) als Dienstleistung für die Pharmaindustrie anzubieten. Mittelfristig plant das Team um Pötz, neue Biomarker zu entdecken und zusammen mit Partnern aus der Pharmaindustrie zu validieren und zu vermarkten.

Prof. Dr. Markus Gerhard
Institut für Medizinische Mikrobiologie
Technische Universität München
markus.gerhard@imevax.com

Kurzzusammenfassung:

Erreger von Infektionskrankheiten haben raffinierte Strategien entwickelt, um die Körperabwehr zu überlisten. So sind einige Keime in der Lage, das Immunsystem des Wirts mit bestimmten Faktoren gezielt zu dämpfen. Impfstoffe, die diesen Mechanismus unterbinden und damit das Immunsystem reaktivieren, könnten die Prophylaxe oder Behandlung derartiger Infektionen effektiver machen.

In einer ersten GO-Bio-Förderperiode hat das Team um Markus Gerhard einen solchen Impfstoff gegen Helicobacter pylori entwickelt. Rund die Hälfte der Menschheit trägt diese Bakterien in sich, bei Millionen Menschen verur­sachen sie Magengeschwüre oder sogar Magenkrebs. Der Impfstoffkandidat IMX101 hilft dabei, den immundämpfenden Erreger-Mechanismus aufzuheben und befähigt die Körperabwehr zu einer effektiven Immunantwort. Das Prinzip ist nicht auf Helicobacter beschränkt. Markus Gerhard und sein Team haben im Projekt „Imevax“ schon weitere immunmodulierende Faktoren anderer Keime identifizieren können. Dazu haben sie eine eigene Screening-Plattform entwickelt.

Im Rahmen der ersten GO-Bio-Phase haben die Münchener Forscher bereits wichtige Fortschritte für ihren Impfstoff gegen Helicobacter erzielt. So konnte die Wirksamkeit der IMX101-Vakzine im Mausmodell demonstriert und das Herstellverfahren der Impfstoffkomponenten etabliert werden. In der zweiten Phase von GO-Bio ist geplant, die präklinische Entwicklung abzuschließen und den Impfstoff durch die klinische Studienphase Ia zu führen. Zudem hat sich das Imevax-Team vorgenommen, mit der Technologie nun auch den gefürchteten Krankenhauskeim Staphylococcus aureus ins Visier zu nehmen.

Dr. Christian Hennig
Klinik für Pädiatrische Pneumologie, Allergologie und Neonatologie
Medizinische Hochschule Hannover
hennig.christian@mh-hannover.de

Kurzzusammenfassung:

Die Zelle ist das Zentrum aller biologischen Vorgänge. Zu erkennen, was in ihr vorgeht, ist seit jeher ein wichtiges Anliegen der Biologie. Den Wissenschaftlern stehen zur Analyse von Zellen verschiedene Tools zur Verfügung. So können sie mit Hilfe der Flowzytometrie, bei der mit fluoreszierenden Biomarkern markierte Zellen an Photodetektoren vorbeiströmen, diese auf die Anwesenheit einzelner Proteine untersuchen.

Diese etablierte Methode hat jedoch auch Nachteile: Die Anzahl an messbaren Markern pro Zelle ist beschränkt und muss zudem schon vor der Untersuchung festgelegt werden. Diesen Nachteilen will Christian Hennig mit der Chipzytometrie beikommen. Dazu werden die zu untersuchenden Zellen zunächst auf neu entwickelten Mikrofluidikchips festgehalten und mit fluoreszierenden Biomarkern gefärbt. Mit digitalen Scannern werden die Zellen anschließend untersucht. Da die Zellen im Gegensatz zur Flowzytometrie nicht bei der Messung verloren gehen, sondern am Ort des Geschehens verbleiben, stehen sie für weitere Untersuchungen zur Verfügung. Dafür ist allerdings die schnelle und effiziente Ausschaltung der Restfluoreszenz der “alten” Marker notwendig. Dafür hat das Team um Christian Hennig eine neuartige Lösung gefunden - sogenannte Switch-Antikörper.

Dadurch kann nun eine sehr große Anzahl an Biomarkern pro Zelle gemessen werden. Ein weiterer Vorteil ist die hohe Flexibilität: Das Markerset kann während der Analyse in Abhängigkeit der sich abzeichnenden Messergebnisse “online” beliebig angepasst werden.  Im Rahmen der Förderung soll der Prototyp des Chipzytometers in einen Vollautomaten überführt werden. Die Verbrauchsmaterialien, wie Mikrofluidik-Chips und Switch-Antikörper, sollen zur Marktreife weiter entwickelt werden. Am Ende der Förderphase (2014) soll  die Chipzytometrie dann innerhalb des Unternehmens als Servicedienstleistung angeboten werden.

Dr. Tobias Pöhlmann
Institut für Organische Chemie und Makromolekulare Chemie
Friedrich-Schiller-Universität Jena
tobias.poehlmann@Intelligent-siRNA.com

Kurzzusammenfasssung:

Das gezielte Ausschalten von Genen mittels der RNA-Interferenz birgt großes Potenzial für die Behandlung von bisher nur schwierig oder gar nicht therapierbaren Krankheiten. Die Methode basiert auf kleinen RNA-Molekülen, sogenannten small interfering RNAs (siRNAs), mit deren Hilfe der Prozess der Eiweißherstellung gezielt unterbrochen werden kann. Die anfängliche Euphorie um einen Einsatz von kleinen RNAs in der Medizin hat in den vergangenen Jahren allerdings immer wieder Dämpfer erfahren.  Das  Hauptproblem ist die mangelnde Zielgenauigkeit der kleinen RNA-Moleküle. Eine zentrale Herausforderung in der Pharmaforschung ist es daher,  die RNAs spezifisch nur an jene Orte zu bringen, an denen sie im Körper wirken sollen.

Hier setzt die von Tobias Pöhlmann und seinem Team entwickelte Technologie der „Intelligenten siRNA“ an. An die siRNA-Moleküle sind Peptide wie Handschellen angehängt. Derart blockiert können die siRNAs zunächst keine Wirkung entfalten. Erst wenn die peptidgebundenen siRNA-Moleküle in bestimmten Zellen auf sogenannte Peptidasen treffen, werden sie aktiviert. Die Enzyme wirken wie der passende Schlüssel für die Handschellen und die befreiten RNA-Moleküle können nun wirken.  In Tumorgewebe oder in virusinfizierten Zellen sind jeweils andere solcher Peptidasen als „Schlüsselenzyme“ vorhanden, sodass die intelligenten siRNAs für diese Einsatzorte maßgeschneidert werden können. Durch die hohe Zellspezifität wird es sogar möglich, die siRNAs gezielt als Zellgift einzusetzen, etwa um Tumorzellen zu zerstören.

Im GO-Bio-Projekt wollen die Forscher aus Jena mit ihren intelligenten RNA-Molekülen eine zielgerichtete Therapie von Brustkrebs entwickeln. Die maßgeschneiderten siRNAs sollen in präklinischen Studien getestet und die GMP-Produktion der Wirkstoffe etabliert werden. Noch in diesem Jahr ist zudem die Gründung der Firma „BianoScience“ geplant, die die Technologie auf dem Forschungsmarkt als „Kits“ anbieten wird.

Dr. Ulrich Rant
Walter-Schottky-Institut, Zentrum für Nanotechnologie und Nanomaterialien
Technische Universität München
rant@wsi.tum.de

Kurzzusammenfassung:

Wie verschiedene Biomoleküle miteinander wechselwirken, ist ein zentrales Thema in der biomedizinischen Forschung. Bei der  Entwicklung medizinischer Wirkstoffe ist die Analyse des Zusammenspiels von Proteinen von entscheidender Bedeutung. Wichtige Fragen von Proteinanalytikern sind: Wie stark binden zwei Partner aneinander, wie schnell kommt der Kontakt zustande, und wann trennen sie sich die beiden wieder ? Bei Bindungsstudien kommen Oberflächen-Biosensor-Systeme  zum Einsatz. Gängige Sensoren lassen aber kaum Rückschlüsse auf die Gestalt der Bindungspartner zu. Genau hier setzt die switchSENSE-Technologie an, die von Ulrich Rant entwickelt wurde.

Die Technik basiert auf synthetisch hergestellten DNA-Strängen, die wie winzige Haare auf einer Elektrode gebunden sind. Legt man eine elektrische Wechselspannung an,  werden die negativ geladenen DNA-Stränge abwechselnd von der Oberfläche abgestoßen und wieder angezogen.  Da die  DNA-Stücke mit Farbstoffmolekülen markiert sind, lässt sich die Auf- und Ab-Bewegung sichtbar machen.  In Form eines Biochips eignet sich die schaltbare DNA-Schicht, um molekulare Wechselwirkungen zu messen. Für Protein-Protein-Bindungsanalysen etwa kann der Kopf der DNA-Stränge mit einem Eiweißmolekül verknüpft werden.  Bindet  der passende Molekülpartner daran,  verlangsamt sich die Schaltbewegung des DNA-Fadens auf charakteristische Weise und liefert so den  Forschern einen kinetischen Fingerabdruck. Besonders an dem hochempfindlichen Messverfahren ist, dass man neben dem Bindungsverhalten auch die Größe des bindenden Moleküls ermitteln kann.

Im Rahmen von GO-Bio wollen Rant und sein Team die switchSENSE-Technologie weiterentwickeln und für den Einsatz in der Antikörperforschung optimieren.  Dazu soll ein Prototyp für ein Messgerät entwickelt werden. Aufbauend auf einem breiten Patentportfolio ist im Sommer dieses Jahres die Gründung der Firma „Dynamic Biosensors“ geplant, die Biochips und Messgeräte herstellen und die switchSENSE-Technologie vermarkten soll.

PD Dr. Carsten Rudolph
Dr. von Haunerschen Kinderspital
Ludwig-Maximilians-Universität München
carsten.rudolph@med.uni-muenchen.de

Kurzzusammenfassung:

Bisher kommen Biopharmaka bei Gen- oder aber bei Proteintherapien zum Einsatz. Allerdings bergen Gentherapien unter Umständen gesundheitliche Risiken, etwa weil durch das Einschleusen von Ersatz-DNA Krebs ausgelöst werden kann. Proteine als Medikamente haben wiederum nur eine sehr begrenzte Lebens- und Wirkdauer, was ihre Herstellung und ihre Verwendung aufwendig und teuer macht.

Das Team um Carsten Rudolph hat deshalb die molekularen Abschriften von Genen, die sogenannten Boten-RNAs (mRNAs), als neue Klasse von Biopharmaka für sich entdeckt und für den medizinischen Einsatz weiterentwickelt.  Die Münchener Forscher stellen chemisch veränderte RNA-Moleküle her, die außergewöhnlich robust sind und dazu auch keine Immunantwort im Körper auslösen. Die sogenannte stabilisierte, nicht immunogene mRNA (SNIM-RNA) kann als nacktes Molekül in ausgewählte Zellen oder Gewebe verabreicht werden. Dort beginnen die Transkripte dann mit der Produktion eines therapeutischen Proteins. Das Team um Rudolph hat das Konzept der „Transkript-Therapie“ bereits im Mausmodell erfolgreich erprobt.

2009 wurde die ethris GmbH mit Sitz in Seefeld gegründet, die unter anderem die SNIM-RNA-Technologie kommerzialisieren will. Im GO-Bio-Projekt soll die Transkript-Therapie für den Einsatz in der Regenerativen Medizin weiterentwickelt werden. In Zusammenarbeit mit ethris-Mitgründer Christian Plank  vom Klinikum rechts der Isar der TU München werden bioaktive Oberflächen hergestellt und  im Tiermodell getestet. Mit SNIM-RNA beschichtete  Zahnimplantate oder Knochenersatzmaterialien sollen hierbei körpereigene Heilungsprozesse zusätzlich ankurbeln. Im Verlauf des Projekts sollen die Grundlagen gelegt werden, um alsbald mit klinischen Studien beginnen zu können.

Dr. Thole Züchner
Biotechnologisch-Biomedizinisches Zentrum
Universität Leipzig
zuechner@rz.uni-leipzig.de

Kurzzusammenfassung:

Erkrankungen wie Krebs oder Herzinfarkt hinterlassen verräterische Spuren im Körper. Je früher diese Anzeichen - sogenannte Biomarker - entdeckt werden, desto wirkungsvoller kann in vielen Fällen mit einer medizinischen Behandlung begonnen werden. Gerade bei akuten Leiden wie Schlaganfall oder Herzinfarkt kommt es auf jede Minute bei der Diagnose an, damit Ärzte die richtigen Entscheidungen für die Therapie treffen können. Gängige Proteinnachweisverfahren spüren Eiweißmoleküle erst ab relativ hohen Konzentrationen auf.  Gerade in der Krebsdiagnostik werden solche Werte meist erst erreicht, wenn sich der Tumor im Körper schon weit entwickelt hat. Sie erscheinen also sehr spät auf dem Radar der Mediziner.

Thole Züchner und sein Team haben verschiedene Proteinnachweisverfahren entwickelt, die herkömmliche Tests in puncto Empfindlichkeit und Geschwindigkeit deutlich übertreffen. Das Verfahren basiert auf einer Färbemethode, die auf dem Phänomen der „zeitaufgelösten Fluoreszenz (Phosphoreszenz)“ beruht.  Das hierbei entstehende Fluoreszenzsignal leuchtet länger als üblich und erlaubt es, störendes Hintergrundrauschen bei den Signalen auszublenden. Bei der Detektion der Signale kommen maßgeschneiderte Enzyme und Fluoreszenzscanner der neuesten Generation zum Einsatz. Die Kombination dieser Methoden soll einen raschen (innerhalb von Minuten) bzw. hochempfindlichen Proteinnachweis bis in den Zeptomol-Bereich (einige 1000 Moleküle) hinein erlauben. Für solche Tests ist deutlich weniger Probenmaterial nötig. Auch die sonst üblichen Verdünnungsschritte sind verzichtbar. 
Das GO-Bio-Projekt zielt darauf ab,  die verschiedene Proteinassays für klinisch relevante Biomarker zu optimieren. Insgesamt sollen damit maßgeschneiderte Kits für Kunden aus klinischen Diagnostiklabors entwickelt werden. Am Ende der ersten Förderphase ist die Gründung einer Firma geplant.

Prof. Dr. Gunther Hartmann
Institut für Klinische Chemie und Pharmakologie
Universitätsklinikum Bonn
gunther.hartmann@ukb.uni-bonn.de

Kurzzusammenfassung:

Nukleinsäuren sind für Organismen ganz essentielle Substanzen: Sie sind die Träger der Erbinformation und kommen als RNA (Ribonukleinsäure) oder DNA (Desoxyribonukleinsäure) vor. Inzwischen werden Nukleinsäuren als neuartige Therapieform auch für Immunologen immer wichtiger. So beschäftigt sich Gunther Hartmann bereits seit Jahren damit, wie beispielsweise das Erbgut von Viren  – das oft in Form von RNA vorliegt – von der menschlichen Immunabwehr erkannt wird. Im Rahmen seiner BioFuture-Förderung konnte er diese Frage auf molekularer Ebene aufklären. Aufbauend auf diesen Erkenntnissen ist es dem Team um Hartmann inzwischen gelungen, spezielle immunstimulatorische RNA-Moleküle zu entwickeln, die eine Virusinfektion nachahmen und so bestimmte Immunreaktionen auslösen. Der Körper wird also dazu animiert, sich selbst zu helfen.

Dies könnte gezielt für therapeutische Zwecke genutzt werden. Darüber hinaus haben die Forscher einen Weg gefunden, diese RNA-Moleküle mit Eigenschaften der RNA-Interferenz zu kombinieren. Dadurch üben sie zwei Funktionen aus: sie stimulieren das Immunsystem und schalten gezielt Gene aus, die beispielsweise für das Überleben von Krebszellen wichtig sind. Beide Therapie-Ansätze sind in Tiermodellen bereits erfolgreich getestet worden. Im Rahmen von GO-Bio wollen Hartmann und sein Forscherteam die RNA-Moleküle nun in die klinische Prüfung bringen und als Therapeutika zur Bekämpfung von Virusinfektionen, Krebserkrankungen und Autoimmunerkrankungen einsetzen. Langfristig ist die Gründung einer Firma geplant, die mögliche Medikamentenkandidaten nach erfolgreicher Validierung durch erste klinische Studien an Biotech- und Pharmafirmen auslizensiert.

Philipp Julian Köster
Lehrstuhl für Biophysik
Universität Rostock
pkoester@poregenic.com

Kurzzusammenfassung:

Elektrische Ladungen spielen im menschlichen Körper eine wichtige Rolle. So arbeiten nicht nur Nerven-, sondern auch Herz- und andere Muskelzellen mit elektrischen Signalen. Diese sind an der Steuerung von Mechanismen beteiligt, die beispielsweise den Stoffaustausch zwischen Zellen betreffen. Inzwischen ist klar, dass solche Mechanismen bei der Entwicklung neuer Medikamente beachtet werden müssen: Sie können die Wirksamkeit beeinflussen und für Nebenwirkungen verantwortlich sein.

Philipp Köster hat mit seinem Team in der ersten GO-Bio-Förderperiode einen neuartigen Ansatz für Wirkstofftests in der pharmazeutischen Industrie verfolgt. Es handelt sich um ein innovatives Chipsystem, das auf der Patch-Clamp-Technologie basiert. Hierbei messen kleinste pipettenartige Siliziumnadel-Elektroden die elektrischen Ströme von Zellen, die auf Oberflächen wachsen und sich dort zu Zellverbänden vernetzen. Derartige elektrophysiologische Untersuchungen sind nicht nur für Grundlagenforscher, sondern auch für Medikamentenentwickler von Interesse.

Das Besondere: Mit der Technik namens „GridClamp“ lassen sich erstmals Ionenkanäle von Zellnetzwerken automatisiert untersuchen. Das ist besonders für die Analyse von Wirkstoffen interessant, die künftig zur Behandlung von neurodegenerativen Erkrankungen eingesetzt werden sollen. In der ersten GO-Bio-Phase haben die Elektrophysiologen, Elektrotechniker und Wirtschaftsingenieure um Köster erfolgreich die Machbarkeit ihres innovativen Testsystems demonstriert. In der zweiten GO-Bio-Phase will das Team nun das GridClamp-System zum Prototypen weiterentwickeln und auch die Automatisierung des Systems vorantreiben. 2014 ist die Gründung der PoreGenic Biosciences GmbH geplant. Das entwickelte in-vitro-Testsystem richtet sich an Auftragsforschungsunternehmen (Contract Research Organizations) sowie Kunden der Pharmaindustrie und der akademischen Forschung.