Rasterfahndung nach Wirkstoffen

Zehn bis fünfzehn Jahre Zeit und mehr als 500 Millionen Euro braucht es bisher durchschnittlich zur Entwicklung eines einzigen neuen Medikaments. Von anfänglich mehreren zehn- bis hunderttausend getesteten Wirkstoffen schaffen es gerade mal zehn bis zu Studien am Menschen - ein langwieriges und kostspieliges Verfahren. Eine an der Universität München entwickelte automatisierte Messmethode soll dazu beitragen, dass dies in Zukunft schneller geht. Das für den Deutschen Zukunftspreis nominierte nanobiotechnologische Verfahren hilft dabei, schon frühzeitig wirksame von unwirksamen Substanzen zu unterscheiden.

Die Technik automatisiert ein Verfahren, das bereits in den 1970er Jahren entwickelt wurde, die sogenannte Patch-Clamp-Technik. Damit lassen sich Ionenkanäle in der Hülle von Zellen untersuchen. Diese winzigen Poren steuern den Ionenstrom in die und aus der Zelle und damit auch die Kommunikation der Zellen untereinander. „Wenn die Ionenkanäle kaputt sind, dann haben Menschen Krankheiten wie Herzrhythmusstörungen, Diabetes oder neurologische Probleme“, erklärt Andrea Brüggemann. Sie ist Gesellschafterin von Nanion Technologies, der Firmenausgründung der Münchner Verfahrensentwickler.

Aufgrund dieser wichtigen biologischen Funktion sind Ionenkanäle auch ein Ansatzpunkt vieler Medikamente. Die Untersuchung von Ionenkanälen war allerdings bislang sehr aufwendig. Die einzelnen Zellen mussten mit einer winzigen Glaspipette unter dem Mikroskop manipuliert werden. Mehr als zehn Zellen konnte auch ein erfahrener Wissenschaftler damit pro Tag nicht untersuchen. „Unser chipbasiertes Verfahren vereinfacht die Messtechnik insoweit, als man es jemandem, der völlig unbedarft ist, innerhalb von wenigen Stunden erklären und beibringen kann“, erklärt Niels Fertig, Mitentwickler des Verfahrens und Geschäftsführer von Nanion Technologies.

Bei der „Patch-Clamp-on-a-chip“-Technik werden die Zellen in einer Flüssigkeit auf einen flachen Glas-Chip aufgebracht. Dieser besitzt zahlreiche, etwa einen Mikrometer kleine Löcher, in denen die Zellen durch Unterdruck fixiert werden. Auf diese Weise entfällt das mühsame Pipettieren unter dem Mikroskop. Erwünschte und unerwünschte Wirkungen der Testsubstanzen an den Ionenkanälen können in einer Art molekularer Rasterfahndung schneller und kostengünstiger analysiert werden.

Die Idee zur chipbasierten Patch-Clamp-Technik entstand 1998 am Center for Nanoscience der Universität München. Vier Jahre später folgte die Firmenausgründung, erste Messungen wurden der Fachwelt präsentiert. Den ersten kommerziellen Patch-Clamp-Automaten gibt es seit 2003, das Unternehmen beschäftigt mittlerweile rund 20 Mitarbeiter.