In einer Zelle herrscht auf den ersten Blick ein Durcheinander von mehr als 10.000 unterschiedlichen Molekülen. Trotzdem laufen die chemischen Reaktionen in der Zelle sehr geordnet ab. Dies funktioniert nur, weil die Moleküle definierte Bindungen ganz spezifisch nur mit wenigen anderen Molekülen eingehen. So funktionieren auch viele Arzneimittel: Wird für eine Therapie ein Therapeutikum entwickelt, soll das Wirkstoff-Molekül ausschließlich an die betreffenden Zielmoleküle binden. Durch eine hochspezifische und starke Bindung des Wirkstoffs können sowohl die Nebenwirkungen als auch die Dosierung des Wirkstoffs reduziert und somit der Therapie-Erfolg erhöht werden.
Die Firma NanoTemper hat mit der MicroScale Thermophoresis (MST) eine neue rein optische Methode entwickelt, um genau diese Spezifizität und Stärke der Bindung zwischen Molekülen in ihrem natürlichen Zustand zu untersuchen. Dabei wird eine Lösung mit einem Zielmolekül in eine dünne Kapillare gefüllt und Wirkstoffe langsam und dosiert dazugegeben. Diese Zielmoleküle bewegen sich in den Kapillaren wie auf einer Rennstrecke, angetrieben durch einen IR-Laser generierten mikroskopischen Temperaturgradienten. Findet eine Bindung an einen passenden Wirkstoff statt, so änderte sich ihre Geschwindigkeit. Aus diesen Wirkstoff-abhängigen Geschwindigkeitsänderungen können dann Spezifizität und Stärke des Wirkstoffes berechnet werden.
MST erlaubt es Messungen durchzuführen die bislang nahezu unmöglich waren. Die Messungen sind dabei einfach durchführbar und ein vielversprechendes Hilfsmittel, um das Wissen über Molekülbindungen zu erweitern. Die MicroScale Thermophoresis Methode eignet sich besonders für Screeningverfahren mit einer großen Anzahl einzelner Tests, weil sie als rein optisches Messverfahren einen sehr geringen Probenverbrauch hat.
Ziel dieses Verbund-Forschungsprojekts von NanoTemper, Nanion und AbD Serotec war es, basierend auf der MicroScale Thermophoresis Methode, ein Hochdurchsatz Messgerät für die Wirkstoffforschung zu entwickeln. Dieses Messgerät soll es den Forschern ermöglichen große Substanz-Bibliotheken zu untersuchen und daraus geeignete Wirkstoffe auszuwählen.
Ein herausragendes Ergebnis dieses Projektes ist, dass der Probenverbrauch gegenüber vergleichbaren Messmethoden massiv reduziert werden konnte. Dies ermöglicht es, Medikamenten-Entwicklungsprojekte anzugehen, die bisher aufgrund des nur stark begrenzt vorhandenen Probenmaterials nicht wirtschaftlich durchführbar waren. Zusammen mit der erreichten Vollautomatisierung und dem hohen Durchsatz kann diese Entwicklung zu einer erheblichen Steigerung der Effizienz in der Wirkstoffforschung führen.
Gerade bei den sogenannten seltenen Krankheiten („Orphan Drugs“) ist diese Kostenreduktion bzw. Effizienzsteigerung ein sehr großer Vorteil. Für diese seltenen Krankheiten wurden aufgrund ihres kleinen „Marktes“ und der hohen Entwicklungskosten bisher kaum Medikamente entwickelt. Die im Rahmen dieses Forschungsprojektes erforschte Technologie hat das Potential hier zu einer besseren Medikamentenversorgung für die Bevölkerung beizutragen.
Das INT2SCREEN-Projekt wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) über drei Jahre bis Ende Januar 2015 im Rahmen der Initiative „KMU-innovativ: Optische Technologien“ mit rund 1,13 Millionen Euro gefördert.