Ionenkanäle sind Proteine, die wie feine Poren in die Membran von Zellen integriert sind und dort als Molekülschleusen agieren. Beim Kontakt mit verschiedenen Substanzen öffnen oder schließen sich die Ionenkanäle und lassen Ionen passieren. Man kann diese Reaktion sichtbar machen, indem man den Stromfluss durch die Zelle vor und nach der Zugabe des Wirkstoffs misst.
Zahlreiche Medikamente beeinflussen die Porenproteine direkt oder indirekt, was sich wiederum auf die Zellen auswirkt. Verfahren, die die Aktivität von Ionenkanälen exakt vermessen können, sind sehr gefragt in der Pharmaforschung – sowohl in Wissenschaft und Industrie. Genau hier liegt die Spezialität der Nanion Technologies GmbH aus München: Als Hightech-Gerätehersteller hat sich das 2002 von Niels Fertig gegründete Unternehmen auf Messsysteme spezialisiert, mit denen sich die Aktivität von Ionenkanälen in Zellen schnell, automatisiert und im Hochdurchsatz studieren lässt.
Patch-Clamp-Verfahren automatisiert
Die Messinstrumente von Nanion basieren auf der sogenannten Patch-Clamp-Methode. Dem heutigen Nanion-Geschäftsführer Fertig gelang es noch an der Ludwig-Maximilians-Universität München, die einst sehr aufwendige elektrophysiologische Methode zu vereinfachen und in hohem Maße parallel ablaufen zu lassen. Er nutzte dazu Biochips, auf denen sich winzige Sensoren und Verstärkerelektronik befinden. Bringt man auf diese Apparatur Zellen auf, sind in diesen Mikroreaktoren schnelle, automatisierte Untersuchungen von elektrischen Strömen durch die Ionenkanäle der Zellen möglich.
Daraus ging ein automatisiertes Patch-Clamp-System hervor, mit denen man die elektrischen Ströme von acht Zellen gleichzeitig messen kann. Mit diesem System eroberte Nanion ab 2007 den Markt. Im Jahr 2013 wurde es durch das SyncroPatch-384PE-System als wichtigstes Produkt abgelöst. Hierbei handelt sich um eine flexible Roboterplattform, auf der hunderte Mikroreaktoren für Hochdurchsatzanalysen kombiniert sind. Die Plattform der neuesten Generation ermöglicht inzwischen Analysen von Wirkstoffkandidaten mit einem Durchsatz von über 20.000 Substanzen pro Tag.
Pharmawirkstoffe im Hochdurchsatz analysieren
Deshalb sind Technologien wie die von Nanion interessant für Pharmaunternehmen, die Wirkstoffbibliotheken mit Millionen Substanzen nach dem besten Kandidaten für ein neues Medikament durchsuchen wollen. Nanion zählt mittlerweile 80 Mitarbeiter weltweit. In den USA, China und Japan wurden Tochterunternehmen aufgebaut. Zu den Kunden gehören nahezu alle der Top-20-Pharmaunternehmen der Welt. Aber auch akademische Technologiezentren und Service-Einheiten von Universitäten aus allen Teilen der Welt fragen die Roboterplattform nach. Für die Entwicklung des Systems wurden die Forscher von Nanion 2007 und 2014 für den Deutschen Zukunftspreis des Bundespräsidenten nominiert und zählten jeweils zu den Finalisten.
Künstliche Ionenkanäle einzeln vermessen
Gleich zwei durch die Fördermaßnahme „KMU-innovativ“ geförderte Projekte waren für Nanion wegweisend für die Entstehung einer neuen Gerätefamilie, die unter dem Namen „Orbit“ firmiert. Hervorgegangen ist diese und das Start-up Ionera Technologies GmbH, das heute die Consumables für die Geräte herstellt, aus den KMU-innovativ-Projekten „Poly-Ephys“ von 2008 bis 2011 und „SyntHTEphsys“ von 2014 bis 2016 (Förderung: zusammen 750.000 Euro). Anders als bei der Untersuchung von Zellen geht es hier darum, Ionenkanäle in künstlicher Umgebung herzustellen und elektrophysiologisch zu vermessen. Deshalb wurde ein Ionenkanal-Messsystem geschaffen, das mit Lipidmembranen in Reaktionsgefäßen im Labor arbeitet. Ein solches System ist insbesondere als Werkzeug für die akademische Ionenkanal-Forschung interessant, wenn es darum geht, Ionenkanäle künstlich im Labor nachzubauen und ihre Funktion zu studieren.
„Ohne die KMU-innovativ-Förderung hätten wir dieses risikohafte, aber vielversprechende Projekt seinerzeit definitiv nicht angefasst“, sagt Fertig. Seit dem Jahr 2014 ist die erste Generation der handlichen Orbit-Geräte nun auf dem Markt erhältlich und die Verkaufszahlen steigen stetig. Partner und Kunden aus Forschungseinrichtungen weltweit haben bereits auf der Basis der Technologie in renommierten Fachjournalen wie „Science“ und „Nature“ publiziert. Fertig ist überzeugt: „Hier zeigt sich, wie ein Nischenprodukt auf globaler Ebene sehr interessante Marktchancen eröffnen kann.“
Autor: Philipp Graf
