Arzneimittelentwicklung

In der Arzneimittelentwicklung schaffen wir humane Testsysteme, die bereits in der präklinischen Forschung Aussagen über Wirkung und Nebenwirkung potenzieller hochspezifischer Wirkstoffkandidaten erlauben, die im Tiermodell nicht erbracht werden können. Dies erreichen wir durch die Entwicklung organoider In-vitro-Modelle, von dreidimensionalen In-vitro-Modellen aus menschlichen Geweben bis hin zu Organ-on-a-Chip-Systemen. Unsere langjährige Erfahrung in molekularer Zelltechnologie ermöglicht dabei die präzise Entwicklung von Rezeptor-basierten Assays für die Wirkstoff-Validierung, wie auch von Produktionszelllinien für Biologicals.

Neue innovative Therapieansätze werden am IGB mit Viren entwickelt. Unsere langjährige Erfahrung im Virus-Engineering ermöglicht das maßgeschneiderte Design von Viren zur gezielten Prävention (Vakzine) und Therapie (onkolytische Viren).

Für den gezielten Transport und die kontrollierte Abgabe von Wirkstoffen (Drug Delivery und Release) formulieren wir Wirkstoffe beispielsweise in eine Matrix, die aus biobasierten, polymeren oder silikatischen Materialien besteht.

Screening-Systeme

Häufig liegt die Ursache einer Erkrankung in einem fehlerhaften Zusammenspiel körpereigener Moleküle, etwa aufgrund veränderter Rezeptoren oder Enzyme, denen in den zellulären Signalketten eine entscheidende Rolle zukommt. Für eine an der Ursache ansetzende Therapie ist daher die Kenntnis der veränderten zellulären Zielstrukturen (Targets) essenziell.

Wirkstoff-Screening und -Validierung mit Immunrezeptoren

Das angeborene Immunsystem hat großen Einfluss auf den Verlauf von Allergien, Infektionen, Tumoren oder Autoimmunerkrankungen. Zentrale Regulatoren des angeborenen Immunsystems sind verschiedene Klassen von Immunrezeptoren. Agonisten und Antagonisten dieser Immunrezeptoren stellen daher einen neuen therapeutischen Ansatz für die Immuntherapie dar: Rezeptor-Agonisten stimulieren das angeborene Immunsystem, während Antagonisten Entzündungsprozesse hemmen.

Basierend auf eigenen Patenten hat das Fraunhofer IGB verschiedene Screening-Systeme, von einfachen zellbasierten Assays bis hin zu komplexen humanen Gewebemodellen mit Komponenten des Immunsystems entwickelt. Dadurch können das Zusammenspiel unterschiedlicher Zelltypen, z. B. bei Autoimmunerkrankungen wie Psoriasis oder Dermatitis, oder Wirt-Pathogen-Interaktionen auf molekularer Ebene analysiert werden. Dadurch sind wir in der Lage, Zielstrukturen für die Entwicklung von Antibiotika/Antiinfektiva oder zur Modulation des eigenen Immunsystems zu identifizieren.  

Zellbasierter Assay Pyrogennachweis.
Zellbasierter Assay Pyrogennachweis.

3D-Gewebemodelle als In-vitro-Testsysteme

Ein großer Teil von Wirkstoffkandidaten scheitert noch in den frühen klinischen Phasen, z. B. aufgrund mangelnder Wirkung oder unerwarteter Nebenwirkungen. Denn selbst hochentwickelte Tiermodelle sind nicht in der Lage, den komplexen menschlichen Körper und speziell menschliche Krankheiten nachzubilden. Das Fraunhofer IGB arbeitet daher an dreidimensionalen In-vitro-Modellen und Organ-on-a-Chip-Systemen auf der Basis humaner Zellen und Gewebe, die bereits in der präklinischen Forschung Aussagen über Wirkungen und Nebenwirkungen erlauben und Tierversuche ersetzen können. Organ-on-a-Chip-Systeme vereinen die Merkmale klassischer Zell-Assays (menschliche Gene) und der Tiermodelle (3D-Gewebe und Blutkreislauf) und bieten die Möglichkeit, nach den Vorgaben des 3R-Prinzips (Replace, Reduce, Refine) Tierversuche zu reduzieren und die Aussagekraft präklinischer Resultate zu erhöhen. Potenzielle Wirkstoffe charakterisieren wir in vitro unter Verwendung komplexer 3D-Modelle »gesunder« als auch »erkrankter« Gewebe.

Organ-on-a-Chip.
© Bernd Müller / Fraunhofer IGB

Produktionszelllinien für Biologicals

Für die Herstellung von Pharmaproteinen erarbeiten wir Verfahren von der Etablierung neuer Expressionsvektoren über die Stammentwicklung in Mikroorganismen und Säugerzellen, die Optimierung von Fermentationsverfahren bis hin zur Aufreinigung der Pharmazeutika. Die GMP-konforme Herstellung klinischer Prüfware bieten wir über eine Kooperation im Fraunhofer-Verbund Life Sciences an. Erste generische Biologicals wie beta-Interferon sowie Eigenentwicklungen wie Soluferon sind bereits mit am Fraunhofer IGB entwickelten Verfahren auf dem Markt bzw. auslizensiert.

Virus-Engineering

Neue innovative Therapieansätze werden am IGB mit Viren entwickelt. Unsere langjährige Erfahrung im Virus-Engineering ermöglicht das maßgeschneiderte Design von Viren zur gezielten Prävention (Vakzine) und Therapie (onkolytische Viren).

Mithilfe von PCR-Technologien haben wir auch einen Schnelltest zum Nachweis von Viren auf Basis von Nukleinsäuren, einen nukleinsäurebasierten Lateral Flow Assay, entwickelt.

Plaquebildung durch grün fluoreszierende HSV1-Viren.
Plaquebildung durch grün fluoreszierende HSV1-Viren.

Drug Delivery und Release

Ein entscheidender Faktor bei der Entwicklung von funktionellen Inhaltsstoffen oder Wirkstoffen ist der Transport der Substanzen an ihren Zielort, beispielsweise in ein Gewebe oder eine Zelle. Das Fraunhofer IGB arbeitet an Materialien und Strukturen, die Stoffe gezielt zum Wirkort transportieren (Drug Delivery) und dort kontrolliert abgeben (Drug Release).

Formulierung und Freisetzungssysteme für Wirkstoffe

So entwickeln wir beispielsweise Matrices aus biobasierten, polymeren oder silikatischen Materialien in Form von (Nano-)Partikeln oder Schichten. Mithilfe der Sprühtrocknung werden Wirk- und Effektstoffe in (bio)polymerbasierte Materialien verkapselt. Durch chemische Modifikation lassen sich die Freisetzungseigenschaften einstellen und kundenspezifisch anpassen. 

Chitosanpartikel.
© Fraunhofer IGB
Vernetzte Chitosanpartikel für Langzeitfreisetzungen.