Neue Methoden im Kampf gegen Viruserkrankungen
Proteine sind wichtige Bestandteile und Produkte in der Pharmaindustrie. Ein neues CD-Labor an TU Wien soll nun die Herstellung ökonomisch wie ökologisch optimieren. Boehringer Ingelheim ist Industriepartner beim vom BMAW unterstützten Labor.
Bestimmte Proteine zählen zu den wichtigsten Produkten der Pharmaindustrie. Dazu gehören Insulin oder auch Interferone, die etwa gegen Diabetes, Krebs oder auch gegen Viruserkrankungen eingesetzt werden. Bei der künstlichen Herstellung solcher Proteine gibt es immer wieder Probleme, da diese zunächst falsch „gefaltet“ sind. Statt eines funktionsfähigen Proteins entsteht ein sogenanntes „Einschlusskörperchen“, das in mühsamen und teuren Arbeitsschritten erst in die korrekte Form gebracht werden muss.
CD-Labore als erfolgreiche Programmlinie des BM für Arbeit und Wirtschaft
Aktuell wurde nun an der TU Wien ein neues Christian-Doppler-Labor (CD-Labor) eröffnet. Boehringer Ingelheim RCV ist der Industriepartner und das Labor wird auch in gewohnter Form (CD-Programmlinie) vom Bundesministerium für Arbeit und Wirtschaft (BMAW) unterstützt. Im Fokus der angewandten Forschungen stehen diese Einschlusskörperchen und das Thema, wie sie sich am effizientesten in die richtige Form bringen lassen. Zielsetzung ist einmal, den Prozess genau zu verstehen und als Computermodell nachzubilden.
Final soll eine raschere, ökologischere und kostengünstigere Herstellung dieser Proteine ermöglicht werden. „Dieses CD-Labor soll die Produktion bestimmter Biopharmazeutika gezielter, effizienter sowie nachhaltiger machen und damit kürzere Entwicklungszeiten, umweltfreundlichere Prozesse und preislich günstigere Medikamente ermöglichen“, unterstreicht Martin Kocher, Bundesminister für Arbeit- und Wirtschaft.
Der richtige Code in einer falschen Form
Grundsätzlich sind Proteine immer aus denselben Bausteinen aufgebaut – aus Aminosäuren, deren Abfolge vom Code der DNA vorgegeben wird. Ein maßgeschneidertes Protein herzustellen ist mittlerweile technisch relativ einfach. Bei einem Mikroorganismus, wie etwa das Bakterium E. coli, wird seine DNA geändert, sodass es das gewünschte Protein erzeugen kann und dann auch die Aminosäuren-Abfolge produzieren, aus denen zum Beispiel das menschliche Insulin besteht.
Das heißt aber noch lange nicht, dass dabei das gewünschte Produkt entsteht: „Es kommt auf die Komplexität und dreidimensionale Struktur des Proteins an“, erklärt Oliver Spadiut, Professor am Institut für Verfahrenstechnik, Umwelttechnik und Technische Biowissenschaften der TU Wien und Leiter des neuen CD-Labors. „Wenn sich das Protein falsch faltet, entstehen Einschlusskörperchen als mehr oder weniger funktionsunfähige Knäuel aus Aminosäuren“, so Spadiut.
Wie die Entwirrung eines Wollknäuels zu einem geraden Faden
Die Forscher müssen dann die in diesen Einschlusskörperchen gefangenen Aminosäureketten erst umbauen. Dafür wird es mit Chemikalien zunächst entwirrt – so ähnlich, als würde ein Wollknäuel zu einem geraden Faden ausgewickelt werden. Im nächsten Prozessschritt faltet sich das Protein wieder zusammen und kann seine endgültige, sodann korrekte und medizinisch gewünschte Form einnehmen.
Die technischen Herstellungsparameter spielen in der Pharmaindustrie eine wichtige Rolle. „Hier ist man aber oft auf Versuch und Irrtum angewiesen. Man weiß aus Erfahrung, wie man den Prozess steuert, um einigermaßen gute Ergebnisse zu erzielen – aber ein umfassendes, fundamentales Verständnis fehlt noch“, so Oliver Spadiut.
Aufwandsschonende und kostengünstigere Pharmaprodukte
Dieser Umstand erschwert dann entsprechend auch die Verbesserung der Prozesse und das soll sich nun durch das neue CD-Labor ändern. Im ersten Schritt sollen Oliver Spadiut und Team nun den Weg vom Einschlusskörperchen zum funktionstüchtigen Protein genau analysieren, am Computer einen sogenannten „digitalen Zwilling“ dieses Prozesses erstellen und so die optimale Prozesssteuerung herausfinden.
Umweltunterstützend soll der Prozess dadurch mit weniger Chemikalien auskommen und überhaupt ressourcenschonender werden. Das ist dann auch gut für die Industrie, wo neue Prozesse dann schneller und zuverlässiger entwickeln werden können, weil die optimale Strategie schon am Computer sichtbar wird. Und final es ist auch gut für das Gesundheitssystem, da die so entstehenden Pharmaprodukte kostengünstiger und schneller auf den Markt kommen können.