Nanotröpfchen-Plattform beschleunigt Wirkstoffforschung am KIT

Die Entwicklung neuer Therapeutika ist bisher ressourcenintensiv. Hochdurchsatz-Screenings erfordern normalerweise getrennte Prozesse für Synthese, biologische Tests und Charakterisierung von Substanzen. Dies verursacht Kosten in Millionenhöhe und ist vor allem großen Pharmaunternehmen vorbehalten.

„Insbesondere akademische und kleinere industrielle Forschungseinrichtungen können diese Ressourcen nicht aufbringen“, erklärt Prof. Pavel Levkin vom Institut für Biologische und Chemische Systeme (IBCS) des KIT. Dabei seien neue Medikamente dringend notwendig, da sich Resistenzen gegen bestehende Wirkstoffe entwickeln und etwa 80 Prozent der krankheitsrelevanten Proteine bislang nicht therapeutisch adressiert werden können.

Das Team von Levkin entwickelte eine integrierte Plattform, die alle Schritte auf einem Chip zusammenführt. Mit Nanotröpfchen von nur 200 Nanolitern – vergleichbar mit einem Sandkorn – und 300 Zellen pro Test konnten die Forschenden Experimente vom Mikroliter- in den Nanoliterbereich skalieren.

„Mit unserem Direct-to-Biology-Ansatz werden synthetisierte Moleküle ohne zusätzliche Präparation direkt biologisch getestet. Dadurch reduzieren wir den Zeit- und Ressourcenaufwand erheblich“, so Levkin.

Die Forschenden stellten innerhalb von nur sieben Tagen 325 potenzielle MEK-Inhibitoren her – Wirkstoffe, die das Enzym MEK blockieren, das am Wachstum verschiedener Krebsarten wie Haut- oder Dickdarmkrebs beteiligt ist. Von diesen Verbindungen zeigten 46 eine Wirksamkeit, die mit dem etablierten Medikament Mirdametinib vergleichbar ist.

Zur biologischen Prüfung nutzte das Team die Dickdarmkrebs-Zelllinie HT-29, die besonders empfindlich auf MEK-Inhibitoren reagiert. Für die Charakterisierung kam die MALDI-MSI-Technik (Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization – Mass Spectrometry Imaging) zum Einsatz, die in Kooperation mit der Technischen Hochschule Mannheim durchgeführt wurde. Damit konnten 975 Proben direkt auf dem Chip analysiert werden.

„Wir konnten zeigen, dass diese Methode auch im extrem kleinen Maßstab mit Nanotröpfchen funktioniert“, so Liana Bauer, Doktorandin am IBCS und Erstautorin der Studie.

Die Studie zeigt, dass die Nanotröpfchen-Plattform einen neuen Zugang zur hochdurchsatzfähigen Wirkstoffforschung bietet. Synthese, biologisches Testen und Analyse werden in einem Workflow vereint und ermöglichen so auch kleineren Laboren und Biotech-Unternehmen den Zugang zu leistungsstarken Screening-Technologien.

MEDICA.de; Quelle: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)