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Intro Zellbasierte Assays
Zellmodelle für die
Molekularbiologie
NEUE
Technologie
Humane Zellmodelle versprechen nicht zuletzt dank des Siegeszuges der induziert-pluripotenten
Stammzellen (iPS-Zellen) eine stark verbesserte Vorhersage der Sicherheit und Wirksamkeit von
Biopharmazeutika gegenüber Tests in Versuchstierzellen. Das Versprechen, mit Hilfe von aus iPS-
Zellen differenzierten Zellen oder Mikrogeweben die Toxizität und Wirksamkeit von Wirkstoffen
früher im kostspieligen Entwicklungsprozess voraussagen und somit die Misserfolgsrate senken
zu können, lässt die Nachfrage nach zellbasierten Assays steigen. In der Grundlagenforschung
ist es die Untersuchung von Signalwegen und Interaktionen in pysiologischem Kontext, der das
Wachstum seit rund einem Jahrzehnt treibt. Laut Global Industry Analysts wird der Markt für
zellbasierte Tests sowie die entsprechende Ausrüstung und Software für das High Content- oder
„phänotypische“ Screening bis 2018 die 3 Mrd. US-$-Marke durchbrechen.
Im Vergleich zum Target-orientierten Hochdurchsatz-Screening
bietet die Beobachtung
morphologischer und biologischer Veränderungen
ganzer Zellen mit Hilfe automatisierter
Fluoreszenzmikroskope und Laserscanner
den Vorteil, mehr Daten erfassen zu können
als mit biochemischen Assays. „Wir erfassen
bei High Content Screens die volle Komplexität
einer Zelle“, so HCS-Spezialist Michael
Prummer von der Schweizer Roche AG. Die
systematische Untersuchung der Wirkung
niedermolekularer Substanzen auf Prozesse
wie die Zellmigration ermögliche eine Identifizierung
von Leads auf Basis der in Zellen
tatsächlich auftretenden phänotypischen
Veränderungen.
Um das Versprechen der chemischen Biologie
einzulösen, investieren Firmen und die
Europäische Kommission derzeit dreistellige
Millionenbeträge.
Infrastrukturen für das
zellbasierte Screening
Allein 196 Mio. Euro steckt die Innovative
Medicines Initiative (IMI) in den nächsten fünf
Jahren in den Aufbau einer European Lead
Factory. Im Rahmen des von BayerHealthcare
koordinierten Projektes sollen 200.000 Moleküle
aus den Substanzbibliotheken von sieben
Pharmafirmen und weitere 200.000 Substanzen
aus der Akademia gescreent werden. Weitere
55 Mio. Euro lässt sich das Public Private
Partnership den Aufbau einer Sammlung von
1.500 aus humanen iPS-Zellen gewonnenen
humanen Zelllinien für nach Pharmakriterien
standardisierte zellbasierte Screens kosten
(vgl. Seite VII). „Entsprechende Zellmodelle
können schon jetzt bestimmte Aspekte
einer Krankheit nachstellen“, so StemBANCC-
Koordinator Dr. Martin Graf, Chef von Roches
Stammzellplattform in Basel.
Beide Großprojekte, in denen Pharmafirmen
zusammen mit akademischen Gruppen forschen,
sollen helfen, den Technologietransfer
zu stärken und gemeinsame Ressourcen für
LABORWELT
eine effektivere Wirkstoffforschung aufzubauen.
Weil die automatisierten HCS-Kamerasysteme
wie Opera oder Operetta (PerkinElmer),
ImageExpress Micro Widefield (Molecular
Devices), InCell Analyzer 2000 (GE Healthcare)
oder ArrayScan (ThermoScientific) teuer sind,
bündeln aber auch Screening-Dienstleister und
akademische Screening Center ihre Kräfte in der
chemischen Biologie. An den acht europäischen
Screening-Zentren des EU-OPENSCREEN-Projektes
sollen in zellbasierten Screens 20o.000 bis
300.000 „Toolsubstanzen“ identifiziert werden,
um das biologische Verständnis von grundlegenden
Zellprozessen besser zu verstehen (vgl.
Interview S. XVI).
Zukunftstrends erfordern
neue Lösungen
Neben den zellbasierten Assays rollt aber schon
die nächste Welle physiologischer Assays heran.
„Die klassische zweidimensionale Zellkultur
spiegelt die Situation im lebenden Organismus
zu wenig wider, als dass sie für die Wirkstoffentwicklung
und Testung von Substanzen geeignet
wäre“, so Ursula Graf-Hausner, Leiterin des 2011
gegründeten Kompetenzzentrums „Tissue Engineering
for Drug Development“ (www.icbc.
zhaw.ch/tedd) – ein Verbund von Forschung und
Industrie, der die Anwendung der 3D-Zellkulturtechnik
aktiv voranzutreibt. „Verschiedene Zelltypen
kommunizieren miteinander und bilden
komplexe Organsysteme. Deshalb ist der Bedarf
an physiologisch relevanten und aussagekräftigen
dreidimensionalen (3D) Gewebemodellen
klar ausgewiesen.“ (vgl. S. XII). Rege Anwendung
finden die dreidimensionalen Mikrogewebe
bereits in der Krebsforschung. Allerdings gibt
es zahlreiche Herausforderungen. Der störenden
Fluoreszenz einzelner Gerüstmaterialien
oder der Adsorption der Wirkstoffe an diese
Scaffolds versuchen Firmen durch gerüstfreie
3D-Kulturen entgegenzutreten – ein neuer
Markt entsteht.
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14. Jahrgang | Nr. 3/2013 | III