Biosensoren und die Suche nach neuen Wirkstoffen

Das Forschungszentrum caesar zeigt auf der Biotechnica neue Entwicklungen

Die Biotechnologie gilt als eine der wichtigsten Technologien des 21. Jahrhunderts und als bedeutender Zukunftsmarkt. Auch das Bonner Forschungszentrum caesar bearbeitet in verschiedenen Projekten biotechnologische Themen, mit dem Ziel, marktfähige Produkte und Dienstleistungen zu entwickeln. Auf der Messe Biotechnica, die vom 18.-20. Oktober 2005 in Hannover stattfindet, stellt caesar in Halle 3 am Stand F03 sein Sensorsystem S-sens vor. Es dient der Analyse biologischer und chemischer Stoffe. Zukünftig soll es gemeinsam von einer Ausgründung und der Nanofilm Technologie GmbH produziert und vertrieben werden. Außerdem präsentiert die caesar-Arbeitsgruppe „Protein-Interaktionsanalyse“ ihr Leistungsspektrum. Sie identifiziert neue Hemm-Mechanismen für krankheitsrelevante Proteine (Drug Targets), die als Grundlage für die Entwicklung von Medikamenten dienen.

Möchte man auf einfache Weise spezielle Stoffe in biologischen oder chemischen Proben nachweisen, z.B. Schadstoffe in Lebensmitteln oder Pestizide in Gewässern, bietet sich das S-sens Sensorsystem zur Erfüllung dieser Aufgabe an. Das System basiert auf der Verbindung von elektronischen Bauteilen mit biologischen Rezeptoren und dient zur schnellen und markerfreien Detektion bestimmter Stoffe in Probelösungen sowie ihrer Wechselwirkungen.

Die in dem Mehrkanalsystem verwendeten hochsensitiven Sensoren arbeiten nach dem Prinzip von Nanowaagen. Auf den Sensoroberflächen befinden sich Rezeptoren, welche die nachzuweisenden Moleküle an sich binden. Die daraus resultierende Massenzunahme und deren zeitlicher Verlauf werden vom System registriert. Das Gerät bietet die Möglichkeit der gleichzeitigen Messung fünf unabhängiger Kanäle und vollautomatisierter Messungen mit Hilfe eines Autosamplers. Es offeriert eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten, u.a. in der biochemischen und pharmazeutischen Forschung, Entwicklung und Fertigung sowie der Lebensmittel- und Umweltanalytik. Die technische Weiterentwicklung, die Produktion und der Vertrieb des Systems erfolgt zukünftig in einer Kooperation von S-sens mit der Firma Nanofilm Technologie. Nanofilm wird am Stand ferner sein abbildendes Ellipsometer EP3 mit SPR-Kinetik-Zelle präsentieren, das sich zur Messung von Echtzeit-Kinetik in bis zu 100 Kanälen sowie zur Qualitätskontrolle dünner Schichten eignet.

Zum zweiten caesar-Projekt:

Auch nach der Entschlüsselung des menschlichen Genoms sind die Funktionen der meisten Gene und Proteine noch unbekannt. Proteine sind die Arbeitseinheiten in der Zelle. Sie werden von den Genen kodiert und schließen sich zu geordneten Komplexen zusammen. Diese Proteinzusammenlagerungen sind hochspezifisch und für die geordnete Funktionserfüllung unerlässlich. In kranken Zellen ist die Ordnung auf Ebene der Komplexbildung häufig gestört. Die Arbeitsgruppe Protein-Interaktionsanalyse hat zum Ziel, als Grundlage für die pharmazeutische Forschung die Funktion und Wirkung von Proteinen in menschlichen Zellen zu identifizieren. Dazu wird die Interaktion von Proteinen miteinander untersucht, aus der sich Rückschlüsse auf ihre jeweilige Rolle ziehen lassen. Ein Anwendungsbeispiel ist die Krebsforschung. Um festzustellen, welche Proteine für das Tumorwachstum relevant sind, wird ein bekanntes Krebs-Gen als Ausgangspunkt genommen. In den analysierten Interaktionsnetzen werden sowohl bekannte als auch unbekannte Proteine gefunden; letztere werden dann daraufhin untersucht, ob sie als Drug Targets für die Wirkstoff-Identifizierung in Frage kommen.

Als neue Technologie wird hier das Ras-Recruitment-System eingesetzt, das eine effiziente Hochdurchsatzanalyse verschiedener Proteinklassen mit erweiterten Detektionsmöglichkeiten erlaubt. Mit Hilfe von Robotik können die experimentellen Schritte vollautomatisch erfolgen. Die Daten aller Proben werden mittels Barcode kontrolliert und elektronisch gespeichert. In einem weiteren Projekt identifiziert die Arbeitsgruppe durch eine enge Kopplung bioinformatischer und experimenteller Methoden Peptide, die Proteinfunktionen gezielt beeinflussen können. Mit dieser Technologie werden Informationen über spezifische Bindungsmoleküle als Grundlage für die pharmazeutische Forschung gewonnen. Die Gruppe bearbeitet ihre Forschungsprojekte gemeinsam mit Partnern aus der pharmazeutischen und biomedizinischen Forschung und bietet ihr Leistungsspektrum unter dem Namen „Nexigen“ auch als Dienstleistung an.

Das internationale Forschungszentrum caesar (center of advanced european studies and research) hat 1999 die Arbeit aufgenommen. Mit inzwischen über 220 Mitarbeitern forschen interdisziplinäre Teams in den Bereichen Biotechnologie, Materialwissenschaften/Nanotechnologie und Medizintechnik. Forschung und industrielle Anwendung gehen Hand in Hand: caesar entwickelt innovative Produkte und Verfahren und unterstützt die Wissenschaftler bei Firmenausgründungen.