Capsulution und QIAGEN starten Forschungsprojekt zu LBL-Kapseln und Nano-Tests

Die Berliner Capsulution Nanoscience AG und QIAGEN GmbH aus Hilden setzen auf Zusammenarbeit. Im Rahmen eines Kooperationsvertrages wollen das führende Unternehmen im Bereich Nanotechnologie und der größte Anbieter von Proben- und Testtechnologien Synergien nutzen, die sich aus programmierbaren Biomolekülen und den neuesten Entwicklungen der Nanotechnologie ergeben. Diese Zukunftstechnologie beschäftigt sich mit Strukturen auf kleinster Ebene. Gleich drei Hochschulinstitute sind mit von der Partie: die Arbeitsgruppen "Liebscher" vom Institut für Chemie und "Herrmann" vom Institut für Biologie der Humboldt-Universität Berlin sowie die Arbeitsgruppe "Huster" vom Institut für Biotechnologie der Martin-Luther-Universität in Halle. Gefördert wird das Gemeinschaftsprojekt im Rahmen des BMWF-Förderprogramms "Nanobiotechnologie" mit insgesamt 1,23 Millionen Euro. Inhalt sind zum einen grundlegende Arbeiten zur Kopplung von kurzen Abschnitten der Erbsubstanz (Oligonukleotide) an LBL®- funktionalisierte Partikel. Dabei handelt es sich um Nanopartikel bzw. -kapseln, welche sich für unterschiedliche Anwendungen wie zum Beispiel den Wirkstoff-Transport eignen. Zum anderen steht in den nächsten drei Jahren die Erforschung von zukunftsträchtigen diagnostischen und medizinischen Anwendungen auf dem Programm, mit denen sich Krebs- und andere Erkrankungen leichter erkennen und behandeln lassen.

So ist die Entwicklung eines einfachen, hochempfindlichen und spezifischen Schnelltests geplant, um krankheitsauslösende Gene wie die sogenannten "Krebsgene" aber auch Bakterien, Viren und Gen-veränderte Organismen nachzuweisen. Neben einer leichteren und verbesserten Diagnose will das Gemeinschaftsprojekt auch der Krebs- und Gentherapie auf die Sprünge helfen: Transportcontainer und Trojanische Pferde sollen einen gezielten Wirkstofftransport bis in die einzelne Zelle ermöglichen. Geplant für die innovativen Drug-Delivery-Systeme ist ein Baukastensystem: Mit seiner Hilfe werden die Oberflächen von wirkstoffgefüllten Kapseln so verändert, dass sie je nach Bedarf an bestimmte Zelltypen adressiert werden können. "In beiden Forschungsvorhaben - Diagnose und Therapie - setzen wir auf LBL-Kapseln mit modifizierten Oberflächen, die an ihrer Außenfläche Oligonukleotide tragen werden", erklärt Projektkoordinator Lars Dähne von Capsulution. Die kurzen, aus Bausteinen der Erbsubstanz bestehenden Fäden agieren als Erkennungssequenzen, können aber auch als Wirkstoff therapeutische Wirkung entfalten.

Basis des Diagnose-Kits sind winzige Partikel: "Die neuen Nanopartikel zum Nachweis von Biomolekülen wie DNA und RNA werden aus einem magnetischen Kern und einer funktionalisierten Hülle bestehen", beschreibt Dähne und liefert weitere Details: "Die Außenhülle der Kern-Schale-Partikel bauen wir mit Hilfe unserer LBL-Technologie® schichtweise auf. Im nächsten Schritt koppeln wir die gewünschten Nukleotid-Fragmente an die raue LBL-Oberfläche". Wie Angeln ragen dann die Nukleinsäurefäden aus den Partikeln heraus. Angewendet im Schnelltest ködern die Oligonukleotide komplementäre Nukleinsäurefäden (Fragmente) in den zu untersuchenden Proben. Der Nachweis eines erfolgreichen Fanges oder Hybridisierungsereignisses erfolge über FRET-Detektion (Fluoreszenz-Resonanz-Energie-Transfer). "Jetzt komme auch der Kern zum Zuge", so Dähne. "Vor der Detektion können Magnete die Partikel punktgenau konzentrieren". Um die Empfindlichkeit des Nachweises noch weiter zu steigern, will seine Projektgruppe einen der beiden beteiligten Fluoreszenzfarbstoffe in die LBL-Oberfläche einarbeiten.

Das QIAGEN-Schnelltestsystem soll das Auffinden genetischer Marker für bestimmte Erreger oder Krankheiten erleichtern und somit weltweit die Vorbeugung und Behandlung solcher Erkrankungen vorantreiben. Mit dem neuen System wird weder eine Anreicherung, Aufreinigung noch Vervielfachung (Amplifikation) der gesuchten Biomoleküle bzw. Gene erforderlich sein. "Wir wollen eine Methode entwickeln, die akkurate Ergebnisse liefert, die kostengünstig ist und auch von wenig spezialisiertem Personal in weltweit unterschiedlichsten Laboratorien durchgeführt werden kann", sagt Dr. Ioanna Andreou, Senior Scientist R&D bei QIAGEN. Auch Identitätsbestimmungen oder rechtsmedizinische Untersuchungen soll das Detektionssystem in Zukunft erleichtern.

Für die Drug-Delivery-Einheiten enthalten die LBL-Kapseln Wirkstoffe, die verlustfrei Richtung Zelle befördert werden müssen. Denn erst wenn die Kapsel ihre Zielzelle erreicht hat und andockt, soll der austretende Wirkstoff die Zelle von außen oder von innen her beeinflussen. Um sie zu Transportcontainern oder sogar zu den Zellschranken überwindenden Trojanischen Pferden zu funktionalisieren, muss eine gerichtete und gezielte Bindung an biologische Oberflächen realisiert werden. Diese erfolgt ebenfalls mithilfe von Oligonukleotiden.

Speziell bei hierarchisch organisierten Krebsformen wie der Leukämie brächte der Einsatz von Transportkapseln und Trojanischen Pferden enorme Therapiefortschritte: So würde ihr Einsatz zu fast nebenwirkungsfreien Medikamenten führen. Capsulution will die extra- und intrazellulären Drug-Delivery-Einheiten verwerten: "Die Kopplung erwünschter Release Eigenschaften von verkapselten Wirkstoffen mit gezieltem Zelltargeting lässt sich ideal vermarkten", erklärt die BD-Managerin Silvana Di Cesare von Capsulution Nanoscience.

Quelle: Qiagen GmbH