JRHDD – Joint Research Hub for Drug Discovery and Delivery

Immunmodulatoren als Therapeutika

Ziel des JRHDD ist es, neue Wirkstoffe zu entwickeln, die die Mechanismen der angeborenen Immunität modulieren, um sie für die Therapie von Infektionskrankheiten, entzündlichen Prozessen und Autoimmunerkrankungen einzusetzen. In einem gemeinsamen Vorläuferprojekt mit der Hebrew University of Jerusalem wurden bereits erste vielversprechende Ergebnisse [1, 2] zum Einsatz immunmodulatorischer Stoffe für die Behandlung von Infektionen und inflammatorischen Erkrankungen erzielt. Ein gerichteter Transport der Wirkstoffe an den Ort der Entzündung oder Infektion könnte diese Effekte weiter verbessern. Auch bei Infektionen mit resistenten Pathogenen würde eine Aktivierung des angeborenen Immunsystems die Therapie verbessern.

Dermatologische Erkrankungen wie Lupus, atopische Dermatitis oder Psoriasis sind geeignete Indikationen, da hier Rezeptoren des angeborenen Immunsystems wie Toll-like-Rezeptoren (TLR) bereits als Schlüsselmoleküle für die Erkrankung identifiziert wurden. Tatsächlich gibt es gegenwärtig ca. 22 verschiedene, in unterschiedlichen Stadien der klinischen und vorklinischen Erprobung befindliche Wirkstoffe zur Behandlung von Psoriasis, wie z. B. Interleukin-17-Antagonisten. Dies verdeutlicht das Potenzial immunmodulatorischer Wirkstoffe in der Therapie.

Das angeborene Immunsystem hat essentielle Funktionen in der Bekämpfung von Pilzinfektionen, wie z. B. von Candida spp., und viralen Infektionen, die z. B. durch Herpesviren verursacht werden können. Deswegen sind auch hier immunmodulatorische Substanzen für einen therapeutischen Einsatz relevant. Ein zweiter Fokus ist daher die Entwicklung neuer immunmodulatorischer Wirkstoffe, um diese Infektionen zu bekämpfen. Erste Wirkstoffkandidaten mit TLR-modulierenden Aktivitäten wurden bereits mit Erfolg in klinischen Studien als antivirale Wirkstoffe getestet, was unsere Vorgehensweise unterstreicht und bestätigt. Auch in diesem Ansatz soll mit einer gezielten Freisetzung der Immunmodulatoren am Ort der Infektion die Wirkung noch potenziert werden.

© Fraunhofer IGB

Der zellbasierte PAMP-Assay ist ein flexibles Werkzeug, um Leitsubstanzen für die Arzneimittelentwicklung zu identifizieren.

Ergebnisse

© Fraunhofer IGB

Struktur eines Rezeptor-Antagonist_Komplexes aus humanen TLR9 und Oligodesoxynukleotid (ODN).

Drug Design und Auswahl

Mit computerbasierten Methoden identifizieren unsere Partner an der Hebrew University neue Agonisten und Antagonisten von angeborenen humanen Immunrezeptoren oder den entsprechenden Signalwegen, die für die oben genannten Indikationen relevant sind. Für den Toll-like-Rezeptor 9 konnte dies bereits erfolgreich durchgeführt werden [1]. Dabei werden über Modeling-Verfahren, basierend auf bekannten Liganden oder der Struktur der Rezeptoren, aus Millionen von in Datenbanken beschriebenen Molekülen diejenigen identifiziert, welche die Rezeptoraktivität beeinflussen könnten. Die Moleküle, die experimentell als Immunmodulatoren validiert werden konnten, gehen für eine weitere Optimierung in zusätzliche Modeling-Runden [1, 3]. Mit einer Auswahl von 200 – 300 Verbindungen wurde hier bereits eine Reihe von Antagonisten verifiziert [1]. Für TLR9 beispielsweise wurden zehn Antagonisten gefunden, die in nanomolaren Konzentrationen wirksam sind.

Gezielte Pharmakotherapie

Liposomen sind effiziente Drug-Delivery-Systeme, die den Wirkstoff vor Abbau schützen, seine pharmakokinetischen Eigenschaften verbessern und eine hohe Wirkstoffkonzentration am Wirkort freisetzen. Um Liposomen effizient an den Zielort zu bringen, sind ein effektives »Targeting« und eine lange Zirkulationsdauer wichtig. Ein solches »Targeting« kann mithilfe spezieller Navigator-Liganden erfolgen [2]. So können z. B. zelltypspezifische Rezeptoren gezielt mit diesen Liganden adressiert werden.

In-vitro- und In-vivo-Testsysteme

Zur Validierung der identifizierten immunmodulatorischen Wirkstoffe und deren Formulierung existieren am Fraunhofer IGB unterschiedliche Assays bis hin zu komplexen Infektionsmodellen sowohl für Pilz- wie auch für virale Infektionen [2 – 6]. Nach Validierung der rezeptormodulierenden Eigenschaften über zellbasierte Assays [1, 3], setzen wir 3D-Gewebemodelle ein, die Komponenten des Immunsystems enthalten [4], um die Effekte auf die Zell-Zell-Kommunikation und Infektion zu analysieren. Eine weitere Validierung der besten Verbindungen wird im Tiermodell von Partnern geleistet.

Ausblick

Mit dieser Vorgehensweise werden zwei Ansätze kombiniert, die den Heilungsprozess bei Infektionen oder inflammatorischen Erkrankungen beschleunigen können: Erstens ermöglicht eine Modulation des angeborenen Immunsystems eine schnelle Beseitigung der eingedrungen Pathogene oder die Dämpfung der (auto-)inflammatorischen Prozesse und zweitens werden bekannte und neue Wirkstoffe gezielt in infiziertes oder pathologisch verändertes Gewebe eingesetzt.

Literatur

  1. Zatsepin, M.; Mattes, A.; Rupp, S.; Finkelmeier, D.; Basu, A.; Burger-Kentischer, A.; Goldblum, A. (2016) Computational Discovery and Experimental Confirmation of TLR9 Receptor Antagonist Leads. J Chem Inf Model 56: 1835-1846
  2. Ron-Doitch, S.; Sawodny, B.; Kühbacher, A.; David, M. M.; Samanta, A.; Phopase, J.; Burger-Kentischer, A.; Griffith, M.; Golomb, G.; Rupp, S. (2016) Reduced cytotoxicity and enhanced bioactivity of cationic antimicrobial peptides liposomes in cell cultures and 3D epidermis model against HSV. J Control Release 229: 163-171
  3. Burger-Kentischer, A.; Abele, I. S.; Finkelmeier, D.; Wiesmuller, K. H.; Rupp, S. (2010) A new cell-based innate immune receptor assay for the examination of receptor activity, ligand specificity, signalling pathways and the detection of pyrogens. Journal of immunological methods 358: 93-103
  4. Kühbacher, A.; Sohn, K.; Burger-Kentischer, A.;Rupp, S. (2017) Immune cell-supplemented human skin model for studying fungal infections. Methods in molecular biology 1508: 439-449
  5. Hogk, I.; Rupp, S.; Burger-Kentischer, A. (2013) 3D-tissue model for herpes simplex virus-1 infections. Methods in molecular biology 1064; 239-251
  6. Hogk, I.; Kaufmann, M.; Finkelmeier, D.; Rupp, S.; Burger-Kentischer, A. (2013) An in vitro HSV-1 reactivation model containing quiescently infected PC12 cells. BioResearch open access 2: 250-257

 

Projektinformationen

Projekttitel

JRHDD – Joint Research Hub for Drug Discovery and Delivery

 

Projektlaufzeit

Juli 2017 – September 2018

 

Projektleiter

Fraunhofer IGB, apl. Prof. Dr. Steffen Rupp

 

Kooperationspartner

Hebrew University, IDR – Institute for Drug Research, Jerusalem, Israel

Förderung

Wir danken der Fraunhofer-Gesellschaft für die Förderung des JRHDD mit Mitteln des ICON-Programms.