Präzisionsmedizin

Technologische Fortschritte bei der Identifizierung krankheitsspezifischer molekularer Merkmale und bei der biotechnologischen Manipulation von Zellen und Organismen aller Art schaffen die Grundlage, Krankheiten auf molekularer Ebene zu verstehen. Damit wird es möglich, neue spezifische Therapeutika zu entwickeln und Behandlungsstrategien gezielt auf den einzelnen Patienten auszurichten. Am Fraunhofer IGB entwickeln wir die Technologien für eine solche Präzisionsmedizin.

Zielgerichtete Therapien durch Erkennen der molekularen Ursachen von Erkrankungen

Der enorme Zuwachs an wissenschaftlichen Erkenntnissen der letzten zwei Jahrzehnte in den Life Sciences hat unser Wissen über die molekularen Ursachen von Erkrankungen erheblich verbessert. Sind die molekularen Ursachen einer Erkrankung erkannt, so kann nach Möglichkeiten gesucht werden, die der Erkrankung zugrunde liegenden Fehlfunktionen zu korrigieren.

 

Biomarker – Schlüssel für die Präzisionsmedizin

Erkrankte Zellen oder Gewebe zeichnen sich durch bestimmte molekulare Merkmale aus, sogenannte Biomarker, die sie von gesunden Zellen und Geweben unterscheiden. Die Präzisionsmedizin, auch individualisierte oder personalisierte Medizin genannt, macht sich das Wissen um diese charakteristischen molekularen Merkmale zunutze. In der Klinik werden die Biomarker, beispielsweise des Tumors eines Patienten, durch unterschiedliche diagnostische Verfahren bestimmt und für die Therapieplanung genutzt.

Ziel der Präzisionsmedizin ist es, die medizinische Versorgung von Patienten möglichst spezifisch auf ihre Erkrankung auszurichten, um diese effektiver und zugleich nebenwirkungsärmer behandeln zu können. Neue Technologien ermöglichen es dabei, sowohl präzisere Diagnosen in der Klinik zu stellen als auch präzisere Therapien für Erkrankungen zu konzipieren. An der Entwicklung dieser Technologien und der Umsetzung in die Praxis arbeitet das Fraunhofer IGB.

Für eine Reihe von Erkrankungen existieren heute bereits präzise Behandlungsmöglichkeiten, die eine Genesung auch in Fällen ermöglichen, die bislang nicht denkbar war. So bestimmt in vielen klinischen Zentren die systematische molekulare Analyse maligner Tumoren auf spezielle Biomarker mittels Genetic Profiling mittlerweile die primäre Diagnostik, die Vorhersage der Reaktion maligner Zellen auf Krebsmedikamente sowie die Prognoseabschätzung und Therapieplanung. 

Präzisionsdiagnostik als essenzieller Schritt

Für die Präzisionsmedizin essenziell ist eine umfassende Diagnostik, welche die Biomarker, die für die Erkrankung kennzeichnend sind, bestimmen kann. Da diese Diagnostik immer am individuellen Patienten vorgenommen werden muss, wird auch häufig der Begriff personalisierte Medizin verwendet, obwohl die Therapieplanung auf bekannte Therapeutika mit der besten Prognose für beispielsweise den analysierten Tumor zurückgreift.

Oftmals werden die charakteristischen Marker für die Tumorbehandlung in klinischen Studien identifiziert, bei der auf genomweiter Ebene nach auffälligen Veränderungen bei verschiedenen Patientengruppen im Vergleich zu Gesunden gesucht wird. Hier kommen immer häufiger Methoden der künstlichen Intelligenz zum Einsatz, die prädestiniert sind, diese Veränderungen bzw. Biomarker zu identifizieren.

Am Fraunhofer IGB entwickeln wir bioinformatische und biochemische Methoden, mit denen sich charakteristische Biomarker für die Tumordiagnostik eindeutig bestimmen lassen. So nutzen wir am Institut die Technologie des Next-Generation Sequencing, um neue Biomarker für eine verbesserte Diagnostik von beispielsweise Prostatakrebs oder pankreatobiliären Krebsformen auf Nukleinsäure-Ebene zu identifizieren.

NGS Labor Diagnostik
© Fraunhofer IGB
Diagnostik: Next-Generation Sequencing Technologie

Zielgerichtete therapeutische Viren

Unser Wissen über die Tumorentstehung und dessen Verteidigungsmechanismen gegenüber unserem Immunsystem ermöglicht die Entwicklung neuer immunonkologischer Therapieformen. Am Fraunhofer IGB entwickeln wir immunmodulierende onkolytische Viren zur Bekämpfung von Krebs.

Onkolytische Viren sind Viren, die – direkt oder indirekt – Tumorzellen töten. So können sie Tumorzellen infizieren und lysieren sowie durch die entstehende Entzündungsreaktion eine Immunantwort gegen spezifische Tumorantigene erzeugen. Über diese unmittelbare Wirkung hinaus können sie auch genutzt werden, um sogenannte Tumorsuppressorgene in Tumorzellen einzubringen. Diese Gene führen dazu, dass das Immunsystem die aberranten Zellen wiedererkennt und in der Folge eliminiert. 

In-vitro-Krankheitsmodelle für eine effizientere Wirkstoffentwicklung

Auch die Entwicklung von immer besseren In-vitro-Krankheitsmodellen ermöglicht eine effizientere Wirkstoffentwicklung und Therapieplanung. Bisher eingesetzte Tiermodelle sind für hochpräzise Therapeutika häufig nicht geeignet, da die Unterschiede zwischen Tier und Mensch meist zu groß sind. Die Nachbildung eines erkrankten Gewebes, ggf. sogar mit den Patientenzellen selbst, ermöglicht einen verbesserten Therapieerfolg durch Auswahl des am besten geeigneten Therapeutikums, aber auch eine effizientere Wirkstoffentwicklung für neue Präzisionstherapeutika.

3D-Gewebemodelle können auch eingesetzt werden, um mögliche Nebenwirkungen besser zu erfassen, bis hin zur Sicherheitsprüfung von Chemikalien aller Art. Einige dieser sogenannten NAMs (New Approach Methods) stehen bereits am Fraunhofer IGB zur Verfügung und werden kontinuierlich weiterentwickelt. 

Histologische Schnitte eines Hautmodells gesunder Haut (a) im Vergleich zu unserem 3D-in-vitro-Psoriasismodell (b) und In-vivo-Haut eines Schuppenflechte-Patienten c). Typisch für psoriatische Haut ist die gestörte Differenzierung der Keratinozyten (Parakeratose), die Verdickung der Epidermis (Akanthose) und des stratum corneum (Hyperkeratose).
© Fraunhofer IGB
Histologische Schnitte eines Hautmodells gesunder Haut (a) im Vergleich zu unserem 3D-in-vitro-Psoriasismodell (b) und In-vivo-Haut eines Schuppenflechte-Patienten c). Typisch für psoriatische Haut ist die gestörte Differenzierung der Keratinozyten (Parakeratose), die Verdickung der Epidermis (Akanthose) und des stratum corneum (Hyperkeratose).

Unsere Entwicklungen und Angebote

Gesundheit und Umwelt

 

Präzisions-Biomarker für die Tumordiagnostik

Es besteht großer Bedarf an diagnostischen Verfahren, die Tumorerkrankungen frühzeitig, nicht invasiv und mit hoher Präzision erkennen können. Am IGB haben wir in Kooperation mit Partnern ein innovatives Verfahren zur Früherkennung von Pankreaskarzinomen etabliert. Das Verfahren basiert auf der Analyse sogenannter zellfreier Tumor-DNA aus dem Blut von Patienten und wurde bereits klinisch validiert.

 

Therapeutische Viren zur Behandlung von Krebs und Gendefekten

Mit Kompetenzen am IGB in Stuttgart und unserer Außenstelle VBT in Biberach bilden wir die gesamte pharmazeutische Entwicklungskette viraler Therapeutika ab: beginnend beim molekularen Virus-Engineering zur Aktivitäts- und Effizienzsteigerung, über die Prozessentwicklung zur Herstellung therapeutischer Viren und deren Überwachung bis hin zu verbesserten Analysemethoden des Endprodukts.

 

Bakterien mit Bakteriophagen gezielt und effektiv bekämpfen

Bakteriophagen sind Viren, die ausschließlich Bakterien infizieren. Sie bieten durch ihr enges Wirtsspektrum die Möglichkeit, Bakterien präzise und effizient zu bekämpfen. Angesichts der wachsenden Bedrohung durch antimikrobielle Resistenzen (AMR) gelten Bakteriophagen als vielversprechende Alternative oder Ergänzung zu Antibiotika, da sie auch resistente Erreger wirksam eliminieren können. 

 

Krankheitsmodelle der Haut

Zur Modellierung von Hauterkrankungen entwickeln wir rekonstituierte Hautmodelle, die auf gezielt genetisch veränderten, immortalisierten primären Hautzellen basieren. Sie eignen sich, um molekulare Krankheitsmechanismen zu studieren und die Wirksamkeit therapeutischer Produkte und Wirksubstanzen zu bewerten. Unser 3D-Psoriasis-Hautmodell beispielsweise stellt die Psoriasis-typische Entzündungsreaktion in vitro nach.

Kontakt

Steffen Rupp

Contact Press / Media

Prof. Dr. Steffen Rupp

Stv. Institutsleiter | Koordinator Geschäftsfeld Gesundheit

Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB
Nobelstr. 12
70569 Stuttgart

Telefon +49 711 970-4045

Fax +49 711 970-4200