Team 1

Ionenkanalmessungen im Hochdurchsatz – vom Uni-Labor zum global Player

Beschreibung der Institute und Unternehmen zu ihren nominierten Projekten

In den vergangenen Jahren ist es dem Team um Dr. Fertig in ihrer aus der Münchner Ludwig-Maximilians-Universität heraus gegründeten Firma Nanion Technologies GmbH gelungen, eine hochkomplexe, zellbiologische Messmethode mit den Industriestandards der Pharmafirmen kompatibel zu machen. Die gefundene technische Lösung erlaubt automatisierte Hochdurchsatztests medizinischer Wirkstoffe, deren Effekte auf auf eine Vielzahl menschlicher Zellen gleichzeitig untersucht werden können. Damit kann die Entwicklung neuer Medikamenten extrem beschleunigt werden.

Das Team (Andrea Brüggemann, Michael George und Niels Fertig) hat die von Erwin Neher und Bert Sakmann entwickelte Methode zur Untersuchung von Ionenströmen an Zellmembranen (Patch-Clamp-Technik, Medizin-Nobelpreis 1991) in Form eines chip-basierten Bio-Sensors perfektioniert und wurde für diesen ersten Schritt bereits 2007 für den Deutschen Zukunftspreis nominiert. In den Folgejahren wurde die Technik weiter skaliert und konsequent an die industriellen Anforderungen angepasst. Mit der Entwicklung eines miniaturisierten, modularen Systems, des SyncroPatch 384/768PE, und dessen Integration in vollautomatisierte Roboterplattformen werden die Vorteile der chip-basierten Pach-Clamp-Technik jetzt vollständig verwirklicht und eine hocheffiziente, parallele Analyse von Ionenkanalfunktionen auf einem Chip im im standardisierten Mikrotiterplattenformat ermöglicht. Die Wirkungen neuer Arzneimittel auf menschliche Zellen können dadurch präziser, kostengünstiger und sehr viel schneller vorhergesagt werden.

Hintergrund
Die Entwicklung von neuen Medikamenten ist ein sehr langwieriger und teurer Prozess: bevor ein Arzneimittel auf den Markt kommt ist häufig mehr als ein Jahrzehnt vergangen - bei Entwicklungskosten von durchschnittlich mehr als einer Milliarde Dollar.

Jedes Medikament hat einen Angriffspunkt im Organismus, auch Target genannt. An diesem Molekül dockt der Wirkstoff an und beeinflusst so den Krankheitsverlauf. Doch um diesen Wirkstoff zu finden, der eine solche Rezeptorwirkung hervorruft – ohne an anderer Stelle schädliche Nebenwirkungen hervorzurufen, muss er erst in einem langwierigen Verfahren aus Millionen von Wirkstoffkandidaten herausgesiebt werden.

Zu den wichtigsten pharmakologischen Targets zählen Ionenkanäle. Diese werden am direktesten mit der so genannten Patch-Clamp-Technik untersucht. Allerdings war bis jetzt der damit verbundene apparative und zeitliche Aufwand enorm hoch, da im klassischen Verfahren nur einzelne Zellen nacheinander gemessen werden können. Die Methode war so nicht skalierbar und ihr Einsatz bei industriellen Reihenuntersuchungen zur Wirkstofffindung – dem Hochdurchsatz Screen - deshalb unmöglich.

Erst die neue Messplattform vom Team der Nanion Technologies GmbH schließt diese Lücke. Im SyncroPatch 384/768PE werden Zellen und Wirkstoffe in kleine Mikroreaktoren pipettiert (384-fach parallel), in denen sich die auf Mikrotechnologie basierenden Bio-Sensoren für die chip-basierte Patch-Clamp-Technik befinden. 384 Zellen werden vollautomatisch auf den nur etwa ein Mikrometer (Tausendstel Millimeter) großen Sensoren positioniert, elektrisch kontaktiert und unter Wirkstoffeinfluss vermessen. Noch dazu kommt: Mehrere 384 Kanal Patch-Clamp-Module lassen sich in einen Roboter integrieren. Dieser modulare Ansatz macht die Technologie ultimativ skalierbar, z.B. mit 2 Modulen für die Messung von 768 Zellen in einem System.

Mit dem SyncroPatch können weit über 20.000 Wirkstoffe an einem Tag getestet werden, bei Kosten von weniger als 20 Cents pro Messung.

Das parallele Hochdurchsatz-Verfahren unterscheidet so schon frühzeitig zwischen wirksamen und unwirksamen Wirkstoffkandidaten. Die langwierige Suche wird verkürzt und die Entwicklungskosten gesenkt. Darüberhinaus ermöglicht der SyncroPatch auch Messungen an anspruchsvollen Zelltypen wie Stammzellen, so daß die Technologie nicht nur in der Pharmaindustrie sondern auch im Bereich der universitären Forschung und der personalisierten Medizin zum Einsatz kommt.

Die ersten SyncroPatch 384 Systeme (bzw. auch ein SyncroPatch 768 mit Doppelmodul) wurden bereits direkt bei der Markteinführung Ende 2013 an die Bayer HealthCare AG und Bayer CropScience AG verkauft. In 2014 wurden weitere Systeme an zahlreiche Pharmaunternehmen in Europa, USA und Asien sowie auch an akademische Forschungsinstitute verkauft. Das ausgesprochen positive Feedback sowie die starke Marktresonanz und Nachfrage zeugen vom enormen Potential der Technologie und dem damit verbundenen Wachstumspotential der Nanion Technologies GmbH.

Dem Team ist mit der Entwicklung des SyncroPatch 384 ein echter Quantensprung gelungen. Noch vor wenigen Jahren war es für den Fachmann unvorstellbar, dass das zeitlich sehr aufwändige, manuelle Patch-Clamp Verfahren, das entsprechende Kunstfertigkeit erfordert, sich auf diese Weise skalieren läßt. Diese revolutionäre Entwicklung stellt für die Wirkstoffforschung an Ionenkanaltargets und damit letztlich durch innovative Medikamente für den Patienten einen enormen medizinischen und gesellschaftlichen Mehrwert dar. Die Entwicklung ist auch ein herausragendes Beispiel für die komplette Kaskade eines technologischen Werdegangs: Aus den wissenschaftlichen Ergebnissen der universitären Arbeit wurde in einer Firmenausgründung eine breit einsetzbare Technologie entwickelt und in kundenorientierten Produkten erfolgreich global am Markt etabliert. Die Nanion Technologies GmbH beschäftigt heute über 60 hochqualifizierte Mitarbeiter, arbeitet sehr profitabel, hat Niederlassungen in den USA und China gegründet und zeichnet sich durch eine hohe und nachhaltige Wachstumsdynamik aus.

Diese Entwicklung zeugt von der Innovationskraft der deutschen Wissenschaft und der Möglichkeit, Innovation erfolgreich und konsequent in Deutschland in Wirtschaftskraft umzusetzen.

Über Nanion Technologies:
Die Nanion Technologies GmbH ist ein Anbieter von innovativen Messinstrumenten für Ionenkanal Untersuchungen in der Forschung und in der Wirkstoffanalyse für die Entwicklung von neuen Medikamenten. Nanion wurde 2002 als Spin-off des Center for NanoScience (CeNS) der Ludwig-Maximilians-Universität München gegründet. Das Nanion-Team hat vier Generationen von hochwertigen Analyse-Instrumenten für automatisierte Patch Clamp Messungen entwickelt und diese erfolgreich im globalen Markt etabliert (Port-a-Patch, Patchliner und SyncroPatch Produktfamilien). Nanions Patch Clamp Technologie im Chipformat zur schnellen und kostengünstigen Analyse von Arzneimittelwirkungen an Ionenkanälen macht die Entwicklung von neuen Medikamenten effektiver und sicherer. Weitere Produktlinien bedienen den Bereich des Kardiotoxizitätsscreenings (CardioExcyte 96), der parallelen Lipidmembran Messungen (Orbit 16) und Messtechnik für Membrantransporterproteine (SURFE2R). Seit 2014 vertreibt Nanion die Multi-Elektroden-Array (MEA) Systeme von Axion in Europa und China.

Kontaktdaten Nanion Europa:
Dr. Niels Fertig, Geschäftsführer, Telefon: +49 89 2189 97972, Email: info@nanion.de, Web: www.nanion.de
Pressekontakt: Dr. Cecilia Farre, Marketing Director, Phone: +49 89 2189 97973, Email: info@nanion.de

Das Vorschlagsrecht zum Deutschen Zukunftspreis obliegt den führenden deutschen Einrichtungen aus Wissenschaft und Wirtschaft sowie Stiftungen.

Das Projekt „Ionenkanalmessungen im Hochdurchsatz – vom Uni-Labor zum global Player“ wurde von acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften e.V.. vorgeschlagen.