Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB
Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB

Zellbasierter Assay für das Antimykotika-Screening

Neuer Assay für das Screening nach Antimykotika

Etwa die Hälfte aller Menschen beherbergt Hefepilze in ihrem Körper. Im Allgemeinen hält das Immunsystem die oft lästigen Untermieter in Schach. Dennoch werden pathogenen Hefepilzen allein in Deutschland mehrere Tausend Todesfälle pro Jahr angelastet – Tendenz steigend. Insbesondere immungeschwächte Chemotherapie-Patienten oder Empfänger von Transplantaten sind von lebensgefährlichen Mykosen, also aggressiven Pilzinfektionen, betroffen. Bislang sind nur wenige Präparate gegen solche Erkrankungen verfügbar. Sie haben jedoch zum Teil erheblichen Nebenwirkungen. Außerdem werden die Pilze zunehmend resistent gegen die eingesetzten Wirkstoffe.

Forscher des Fraunhofer IGB und Spezialisten der EMC microcollections GmbH haben sich jetzt in einem Forschungsprojekt auf die Suche nach neuartigen Verbindungen begeben, die ein breites Wirkspektrum gegen unterschiedliche Pilzarten aufweisen, aber besser verträglich sind als herkömmliche Antimykotika.

Antimykotika-Screening

Automatisiertes High-Throughput-Screening (HTS) des Assays.
Automatisiertes High-Throughput-Screening (HTS) des Assays.
Screening auf Leitstrukturen für Antiinfektiva.
Bild 1: Dieses Testsystem stellt ein besonders effektives System dar, um Leitstrukturen für Antiinfektiva zu finden. Es bildet die kleinste Einheit bei einer Infektion nach, indem Wirtszellen in Gegenwart einer Testverbindung mit den Pathogenen (Candida albicans) inkubiert werden. Ein automatisiertes High-Throughput-Screening (HTS) des Assays ermöglicht Durchsatzraten von Tausenden von Verbindungen pro Woche.

Grundlage für das Screening nach neuen antimykotischen Wirkstoffen ist eine Substanzbibliothek der EMC microcollections GmbH, für die das Unternehmen zehntausende potenzieller Wirkstoffverbindungen synthetisiert hat. Eine Vorauswahl potenzieller antimykotischer Wirkstoffe aus der Substanzbibliothek erfolgte anhand der chemischen Grundstruktur. Das antimykotische Screening basiert auf einem hochdurchsatzfähigen, am Fraunhofer IGB entwickelten Assay (Bild 1), welcher sowohl die antimikrobielle Wirksamkeit wie auch den Einfluss der Testsubstanzen auf Humanzellen misst [1]: In einer speziellen Versuchsanordnung untersuchen IGB-Mitarbeiter mit Unterstützung weiterer Partner die Auswirkungen der Testsubstanzen auf das Wachstum des Hefepilzes Candida albicans in Anwesenheit von menschlichen Zellen (HeLa-Zelllinie). So kann sichergestellt werden, dass nur pilztötende bzw. das Wachstum der Pilze hemmende, aber für den Menschen verträgliche Verbindungen weiteren Untersuchungen zugeführt werden [1].

Bereits erste Hits

Phasenkontrastbilder des HTS-Testsystems.
Bild 2: Phasenkontrastbilder des HTS-Testsystems 24 Stunden nach der Infektion. A: Mikroskopische Aufnahme der HeLa-Zellen (Lebendkontrolle), B: HeLa-Zellen infiziert mit Candida albicans und gleichzeitiger Zugabe von Amphotericin B (Wirkstoffkontrolle), C: HeLa-Zellen überwachsen mit C. albicans, D: HeLa-Zellen infiziert mit C. albicans und gleichzeitige Zugabe eines Wirkstoffes. Hit: Der Wirkstoff inhibiert das hyphale Wachstum von C. albicans. Das vitale Wachstum der HeLa-Zellen wird nicht beeinflusst.

Das antimykotische Screening hat eine Reihe interessanter Einzelverbindungen, so genannte »Hits« (Treffer), identifiziert (Bild 2). Diese werden gegenwärtig durch chemische Modifikation gezielt verändert, um die Wirkung noch weiter zu verbessern und eine Struktur-Wirkungsbeziehung zu ermitteln. In einer zweiten Projektphase stehen dann die molekularen Wirkmechanismen dieser Substanzen im Fokus und ihre Weiterentwicklung zu einem pharmazeutisch anwendbaren Wirkstoff, um Pilzinfektionen besser behandeln zu können.

Literatur

[1] Gerald Kleymann & Hans-Otto Werling (2004) A generally applicable, high-throughput screening-compatible assay to identify, evaluate and optimise antimicrobial agents for drug therapy, Journal of Biomolecular Screening (JBS) 9(7): 578-587