Fraunhofer Project Center for Drug Discovery and Delivery @ Hebrew University of Jerusalem, Israel

Translational Research on Infection, Inflammation and Innate Immunity

Das Fraunhofer Project Center for Drug Discovery and Delivery FPC_DD@HUJI ist ein gemeinsames Projektzentrum des Fraunhofer IGB mit der Hebrew University in Jerusalem, Israel. Ziel des Project Center ist es, mit innovativen und effizienten Methoden Leitstrukturen und Nanocarrier für neue Wirkstoffkandidaten zu identifizieren, um sie für die Therapie von Infektionskrankheiten, entzündlichen Prozessen und Autoimmunerkrankungen zugänglich zu machen.

Das FPC_DD@HUJI geht aus dem gemeinsamen Projekt »JRHDD – Joint Research Hub for Drug Discovery and Delivery« hervor. Es startete im Oktober 2018 und wird zunächst für die Dauer von drei Jahren gefördert. Das Project Center wird gemeinsam von Prof. Dr. Steffen Rupp (Fraunhofer IGB) und Prof. Dr. Gershon Golomb (HUJI) geleitet.

Leistungsangebot

Im Fraunhofer Project Center werden verschiedene innovative Technologien kombiniert, um Pharmafirmen bei der Entwicklung neuer Wirkstoffe in der präklinischen Phase zu unterstützen sowie neue Wirkstoffe zu entdecken und mittels zielgerichteter Formulierungen an den Wirkort zu bringen:

  • Wirkstoffscreening
    • Kombination von in silico-basierten Verfahren und zellbasierten Testsystemen für die Identifizierung von Antiinfektiva und Immunmodulatoren
  • Identifizierung und Validierung von Leitstrukturen
    • Komplexe 3D-Infektions- und Gewebemodelle mit Komponenten des Immunsystems für Validierung von Immunmodulatoren und Antiinfektiva
  • Wirkstofftransport und -freisetzung
    • Zielgerichtete liposomale Nanocarrier zum Transport von Wirkstoffen in die Zielzellen

 

Vorteile

  • Hochspezifisches In-silico-Screening für Agonisten und Antagonisten von Immunrezeptoren mit leistungsstarken Algorithmen
  • Aussagekräftige human-basierte multizelluläre 3D In-vitro-Modelle zur Validierung von Wirkstoffkandidaten und Nanocarriern
  • Entwicklung von Nanocarriern zum effizienten Wirkstofftransport und kontrollierte Wirkstofffreisetzung

Identifizierung von immunmodulierenden Wirkstoffen

Eine Kombination aus Computational Chemistry und patentierten Reportergen-Assays [1] wird mit dem Ziel eingesetzt, neue Modulatoren für Toll-like-Rezeptoren (TLR) zur Steuerung der angeborenen Immunantwort zu finden.

Mit diesem Ansatz wurden in dem Vorläuferprojekt »JRHDD – Joint Research Hub for Drug Discovery and Delivery« aus 1,8 Millionen kommerziell verfügbaren Molekülen bereits mehrere TLR9-Antagonisten identifiziert und zum Patent angemeldet [2]. Davon weisen fünf Substanzen einen nanomolaren IC50-Wert auf.

RNA-basierte Wirkstoffe gegen HSV1

TEM-Aufnahme einer mit HSV-1 infizierten Zelle auf einem Kokulturträger.

Ein weiterer Schwerpunkt liegt in der Entwicklung neuer therapeutischer Strategien gegen Herpes-simplex-Viren (HSV). Herpesviren verursachen lebenslange latente Infektionen in neuronalen Zellen und können daraus derzeit nicht eliminiert werden. Eine mögliche Alternative zu den bislang verwendeten Virostatika stellen RNA-basierte Wirkstoffe dar. Mithilfe des Verfahrens der RNA-Interferenz (RNAi) konnte bereits gezeigt werden, dass sich die Gene, welche für die Vermehrung von HSV-1 notwendig sind, zielgenau abschalten lassen.

Aktuelle Herausforderungen bei der Anwendung der RNAi-Methode ergeben sich dadurch, dass die inhibitorische RNA rasch von körpereigenen Enzymen zerstört wird und aufgrund ihrer negativen Ladung eine äußerst geringe Membrangängigkeit aufweist. Um diese Probleme zu lösen, werden im Project Center liposomale Formulierungen für den zielgerichteten Transport der RNA-Moleküle in die infizierte Zelle entwickelt.

Nanocarrier für zielgerichteten Transport

Hautmodell zur Testung von HSV-Infektionen.

Für die Verkapselung und den zielgerichteten Transport von Wirkstoffen, wie z. B der siRNAs, welche die Virusreplikation blockieren, werden im Project Center liposomale Formulierungen mit optimalen physikalisch-chemischen Eigenschaften entwickelt [3], die den Wirkstoff vor Abbau schützen, seine pharmako-kinetischen Eigenschaften verbessern und eine hohe Wirkstoffkonzentration am Wirkort freisetzen. Das »Targeting« erfolgt mithilfe spezieller Navigator-Liganden, die gezielt an zelltypspezifische Rezeptoren binden.

Die wirkstoffbeladenen liposomalen Transportsysteme werden mithilfe von 2D- und 3D-zellbasierten Testsystemen auf Wirstoff-Freisetzung und Wirksamkeit untersucht und analysiert [4, 5]. Für verschiedene Navigator-Peptid-Phospholipid-Formulierungen konnten wir bereits eine verbesserte Abgabe der unterschiedlicher Wirkstoffe und deren Wirksamkeit an 2D- und 3D Testsystemen zeigen.

Literatur

  1. 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
  2. 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
  3. Ron-Doitch, S., Sawodny, B., Kühbacher, A., David, MM., 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 229:163-71.
  4. 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
  5. Kuhbacher, 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

Erfolgreiche Zusammenarbeit

Das Institute for Drug Research der Hebrew University und das Fraunhofer IGB haben bereits in verschiedenen Projekten zusammen gearbeitet. Themenschwerpunkte waren einerseits das Wirkstoffscreening durch die Kombination von In-silico- und In-vitro-Methoden für immunmodulierende Substanzen, andererseits die Entwicklung neuer Nanotransporter für RNA-basierte Wirkstoffe gegen HSV1.

 

JRHDD – Joint Research Hub for Drug Discovery and Delivery

Juli 2017 – September 2018

Ziel des JRHDD war es, neue Wirkstoffe und Formulierungen zu identifizieren, die als Virostatika wirken oder die Mechanismen der angeborenen Immunität modulieren, um sie für die Therapie von Infektionskrankheiten, entzündlichen Prozessen und Autoimmunerkrankungen einzusetzen. Das JRHDD wurde zum 1. Oktober 2018 in das FPC_DD@HUJI überführt.

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Novel drug/gene delivery systems for Herpes Simplex Virus (HSV) therapy

November 2012 – Oktober 2016

In diesem Projekt wurden erste Transportsysteme entwickelt, die den Einsatz der RNAi-Technologie zur Therapie einer Infektion mit HSV-1 zum Ziel hatten. Der Ausbruch von HSV-1 soll mit RNA gezielt und möglicherweise dauerhaft verhindert werden, um damit den Leidensdruck vieler Betroffener zu vermindern.

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Discovery and delivery of PRR antagonists and agonists to regulate innate immune reaction

Laufzeit: November 2012 – Oktober 2016

Agonisten und Antagonisten von Toll-like-Rezeptoren (TLRs) sind potenzielle Immunmodulatoren und damit ein vielversprechender neuer therapeutischer Ansatz für die Immuntherapie. Das mögliche Indikationsspektrum reicht von Allergien, Infektionen und Tumoren bis hin zu Autoimmunerkrankungen. Ziel dieses internationalen Projekts ist es, neue TLR-Antagonisten/Agonisten zu finden, um Entzündungsreaktionen und Allergien behandeln zu können.

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Förderung

Das Project Center wird auf deutscher Seite mit Mitteln des PROFIL-Programms der Fraunhofer-Gesellschaft und mit Mitteln der Fraunhofer IGB gefördert. PROFIL unterstützt Institutsinitiativen im Ausland mit längerfristiger Perspektive und strategischer Bedeutung. Auf israelischer Seite wird das Project Center von der Hebrew University of Jerusalem gefördert.