Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGBTeilprojekt: Scale-up der Herstellung der BioTransporter und deren Charakterisierung
BioTransporter: Effizienter Wirkstofftransport in biologischen Systemen
Um das therapeutische Potenzial eines Wirkstoffes maximal nutzen und gleichzeitig Nebenwirkungen aufgrund von zu hohen Dosierungen oder Wirkungen auf unbeteiligte Gewebe minimieren zu können, sollte der Wirkstoff idealerweise erst direkt am Ort der Erkrankung seine Wirkung entfalten. Mit der Entwicklung eines BioTransporters für die Behandlung entzündlicher Erkrankungen verfolgt das Projekt Auto-loop das Ziel zur ortsspezifischen Aktivierung und Freisetzung von Wirkstoffen.
Gewebespezifische Freisetzung von Wirkstoffen
Dabei wird Folgendes ausgenutzt: Im Laufe einer Entzündung werden einige spezifische Enzyme vermehrt produziert und liegen damit im entzündeten Gewebe in erhöhter Konzentration vor. Im gesunden Gewebe dagegen sind die Enzyme gar nicht oder in nur geringer Konzentration vorhanden. Einige dieser Enzyme, bestimmte Proteasen, können Proteine oder Peptide an einer spezifischen Stelle schneiden. Genau solche schneidbaren Peptidstrukturen setzen wir zwischen den Wirkstoff und ein Trägerpolymer. Gelangt der BioTransporter nun in das entzündete Gewebe, wird die Struktur geschnitten und der Wirkstoff vom Polymer getrennt. Nun kann er wirken. Über das Trägerpolymer steuern wir die Verweildauer bzw. den Abbau des BioTransporters im Körper.
Beispiele entzündlicher Erkrankungen: Achillessehne und Arteriosklerose
Erprobt werden soll der Ansatz zum Einen zur Therapie einer Entzündung der Achillessehne, die bei Sportlern häufig auftritt. Hierzu wird der BioTransporter mit einem Wirkstoff ausgestattet, dessen Potenzial zur Reparatur der Sehne zuvor bereits gezeigt wurde. Erst an der beeinträchtigten Sehnenstruktur wird der Wirkstoff freigesetzt, um dort zu wirken.
Eine weitere Indikation, für welche ein BioTransporter entwickelt wird, ist die Arteriosklerose, auch als Arterienverkalkung bezeichnet, an der allein in Deutschland Millionen von Menschen leiden. Die Arteriosklerose führt zur Verengung oder sogar zum Verschluss von Gefäßen – Durchblutungsstörungen des Gewebes sind die Folge. In Verbindung mit der Arteriosklerose werden andere – aber funktional analoge – Enzyme produziert, die den von uns zu entwickelnden BioTransporter schneiden können, um so einen Wirkstoff am Ort der Erkrankung freizusetzen.
Ortsspezifische Aktivierung und Freisetzung über Click-Chemie
Die Projektpartner an der Universität Würzburg statten die BioTransporter an einer definierten Stelle im Protein mit einer nicht natürlichen Aminosäure als Soll-Schnittstelle aus, an die mittels Click-Chemie (EMC microcollection GmbH) ein für die jeweilige Erkrankung spezifischer Linker (antientzündliche und wachstumsfördernde Faktoren) angebunden wird.
Ziel des Teilvorhabens am Fraunhofer IGB ist es, die Wirkstoffkomponenten der BioTransporter in größeren Mengen herzustellen, auf ihre Spezifität, Selektivität und Plasmastabilität zu sowie die Immunogenität der fertiggestellten BioTransporter zu bewerten.
Das Prinzip ist auf andere Biotherapeutika, Diagnostika und kleine Wirkstoffmoleküle erweiterbar und somit von großer strategischer Bedeutung für die pharmazeutische Anwendung.
