quantumFRET

Herausforderungen in der medizinischen Wirkstoffforschung

Der Prozess der Erforschung und Einführung eines neuen Medikaments ist ein langer und steiniger Weg. Er dauert etwa 12-15 Jahre und erfordert Investitionen von bis zu 1 Milliarde EUR. Ein signifikanter Teil dieser enormen Kosten fällt in der frühen Phase der Wirkstoffforschung an, in der hunderttausende oder gar Millionen verschiedener Wirkstoffe auf Molekülebene auf ihre mögliche medizinische Wirksamkeit hin untersucht werden. Von diesen Wirkstoffen gelangen am Ende nur eines oder zwei in einem Medikament zum Patienten. Um den Screening-Prozess sowohl hinsichtlich der Kosten als auch des Zeitaufwands effizienter zu gestalten, bedarf es neuer Hochdurchsatz-Verfahren in der Wirkstoffforschung, die mit hoher Messgeschwindigkeit, hoher Prozesssicherheit und geringem Materialbedarf die riesigen Molekülbibliotheken vollautomatisch durchgehen um geeignete Kandidaten für die weitere Wirkstoffentwicklung herauszufiltern.

Zur Identifikation dieser Kandidaten werden die Wechselwirkungen zwischen den krankheitsbestimmenden menschlichen Proteinen und den potentiellen Wirkstoffmolekülen untersucht: interagieren diese in bestimmter Art und Weise mit den Proteinen, dann haben sie das Potential in einem späteren Medikament die Krankheit zu unterdrücken. Bestehende Screening-Verfahren sind zwar in der Lage grundsätzliche Wechselwirkungen zu erfassen, komplexere Wechselwirkungen, wie z.B. Strukturänderungen der Moleküle sind hingegen bisher nur mit sehr aufwändigen und teuren Verfahren nachweisbar. Diese Information ist jedoch von großem Nutzen, da sie Rückschlüsse über den Wirkmechanismus zulässt und es somit erlaubt erwünschte spezifische von unerwünschten unspezifischen Wechselwirkungen zu unterscheiden.

Optische Bestimmung von Molekülstrukturen im Hochdurchsatz-Screening

Im Projekt quantumFRET haben sich das mittelständische Unternehmen NanoTemper Technologies GmbH, die Ludwig-Maximilian-Universität München und der Pharmakonzern Boehringer Ingelheim RCV GmbH & Co. KG zusammengeschlossen, um ein neues optisches Messverfahren zu erforschen, mit dem innerhalb weniger Augenblicke komplexe Strukturveränderungen in krankheitsbestimmenden Proteinen charakterisiert werden können.

Ziel des Projekts ist die Realisierung eines Laboraufbaus, mit dem strukturelle Veränderungen von Molekülen mit hochdurchsatztauglicher Geschwindigkeit und Angströmgenauigkeit – d.h. von wenigen zehntausendstel Mikrometern – bestimmt werden können, idealerweise direkt in standardisierten Mikrotiterplatten. Das zu erforschende Verfahren soll es Pharmaunternehmen und Forschungseinrichtungen erleichtern, mehr Wechselwirkungen zwischen Proteinen und Wirkstoffen genauer zu charakterisieren, bevor sehr teure, aufwändige und langsame bildgebenden Methoden zur Anwendung kommen. So kann der Zeitaufwand für die Erforschung neuer Wirkstoffe um mehrere Monate verkürzt werden.