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PEPperPRINTs preisgekrönte Peptidchips

Die PEPperPRINT GmbH, eine Ausgründung aus dem Deutschen Krebsforschungszentrum, hat den höchstdotierten deutschen Gründerwettbewerb, den Science4Life Venture Cup, gewonnen. Das Heidelberger Start-up-Unternehmen wurde für seine Technologie bereits mit dem renommierten Wissenschaftspreis des Stifterverbands und als „Ausgewählter Ort im Land der Ideen“ 2009 ausgezeichnet.

In mehrjähriger Forschungsarbeit ist es den Gründern der PEPperPRINT GmbH gelungen, ein Verfahren zur Marktreife zu bringen, das die traditionellen Hürden bei der Herstellung hochdichter Peptidchips überwindet. Peptide sind kurze Proteinstücke - Ketten von Aminosäuren - die, aufgetragen auf Chips, für eine Vielzahl von Nachweisverfahren sowohl in der Grundlagenforschung als auch der biotechnologisch-pharmazeutischen Industrie unverzichtbar sind. Angewendet werden sie beispielsweise für:

  • die Analyse von Antiköper- und Serumprofilen und das Screening von Enzymsubstraten;
  • das Screening diagnostisch relevanter Peptidbibliotheken;
  • die Identifizierung und Optimierung „peptidomimetischer" Wirkstoffkandidaten (das sind Peptid-ähnliche oder Peptid-nachahmende Substanzen);
  • Entdeckung und Nachweis von Biomarkern und Medikamentenentwicklung im Hochdurchsatzverfahren.

Die Herstellung solcher Peptidchips war bislang sehr aufwändig und mit hohen Kosten verbunden. Die Heidelberger Wissenschaftler Dr. Volker Stadler, Dr. Frank Breitling, Dr. Ralf Bischoff und Dr. Thomas Felgenhauer vom Deutschen Krebsforschungszentrum haben dieses Problem gelöst. Ihre Entwicklung, ein neuartiges patentgeschütztes Laserdruckverfahren zur kostengünstigen Herstellung von Peptidchips, haben sie in eine Firmengründung, die PEPperPRINT GmbH, eingebracht.

Gründerteam der PEPperPRINT: Dr. Frank Breitling, Dr. Volker Stadler (CEO), Dr. Thomas Felgenhauer, Dr. Ralf Bischoff (von links nach rechts) © PEPperPRINT GmbH

Die Technologie

Peptidlaserdrucker und Herstellung von Peptidarray durch Laserdruck von Aminosäuretonern © PEPperPRINT GmbH

Kern der Erfindung sind die „Aminosäuretoner": Anstelle von Farbpigmenten werden die Bausteine der Peptide, die Aminosäuren, in feste Tonerpartikel eingeschlossen. Die Aminosäuretoner werden mit einem eigens konstruierten Laserdrucker auf Glasträger gedruckt: Ein konventioneller Farblaserdrucker verfügt nur über 4 Druckwerke. Peptide setzen sich jedoch aus den 20 natürlicherweise in Proteinen vorkommenden (proteinogenen) Aminosäuren zusammen; infolgedessen besitzt der „Peptidlaserdrucker" auch 20 Druckwerke. Diese 20 Druckwerke sind in Reihe angeordnet und synchronisiert. Ein Linearvortrieb gewährleistet die für mehrere aufeinanderfolgende Druckzyklen notwendige Genauigkeit im Mikrometerbereich. Nach dem Drucken einer Schicht aller verschiedenen „Aminosäuretoner" wird die Peptidsynthese durch Schmelzen der Partikel eingeleitet. Es folgen routinemäßige Waschschritte. Der gesamte Prozess wird so oft wiederholt, bis sich Peptidarrays mit der gewünschten Moleküllänge aufgebaut haben.

Das Laserdruckverfahren verfügt gegenüber allen Konkurrenztechnologien zur Herstellung von Peptidarrays über entscheidende Alleinstellungsmerkmale:

  • eine zwanzigfache Steigerung der Spotdichte
  • ein beträchtlich reduzierter Materialaufwand durch den minimalen Tonerverbrauch
  • die enorme Geschwindigkeit und Flexibilität des Digitaldruckverfahrens
  • der um Faktor 20 gesunkene Bezugspreis für den Kunden gegenüber dem günstigsten Wettbewerber.

Mit dem derzeit eingesetzten Peptidlaserdrucker werden bereits Arrays mit ~5.440 frei wählbaren Peptiden auf konventionellen Objektträgern bzw. Bibliotheken mit ~156.000 Peptiden auf Trägern von 20x20 cm2 produziert. Neben Peptiden aus den 20 proteinogenen Aminosäuren können auch Peptidomimetika hergestellt werden. Peptidomimetika sind Peptidketten, die Aminosäuren enthalten, welche natürlicherweise nicht in Proteinen vorkommen. Diese besitzen eine hohe Stabilität im Körper und sind daher als Wirkstoffkandidaten geeignet, da der Stoffwechsel nicht an sie angepasst ist.

Eine zweite Generation des Peptidlaserdruckers wird derzeit im Rahmen eines EU-Projekts gefertigt. Sie verfügt über einen höheren Automatisierungsgrad und kann mehr als 500.000 Peptide pro Array drucken. Dieses Gerät wird im Frühjahr 2010 einsatzbereit sein.

Auszeichnungen für eine revolutionäre Entwicklung

Mit ihrer Erfindung haben die PEPperPRINT-Gründer der Proteomforschung ein Werkzeug an die Hand gegeben, das der Entwicklung der DNA-Chips für die Genomforschung vergleichbar ist. Die Herstellung der Chips mit dem Peptidlaserdrucker ist konkurrenzlos günstig, sowohl was die Molekülvielfalt, die Geschwindigkeit der Peptidsynthesen, die Reproduzierbarkeit und die Kosten betrifft.

Nachdem die Technologie bereits 2008 den renommierten Preis des Stifterverbandes für die Deutsche Wissenschaft erhalten hatte, wurde die PEPperPRINT GmbH 2009 als ausgewählter Ort im „Land der Ideen“, einer Standortinitiative der Bundesregierung und des Bundesverbandes der Deutschen Industrie, ausgezeichnet. Jetzt hat das junge Biotech-Unternehmen für die „gute Geschäftsidee in einem zukunftsfähigen Marktsegment sowie für den zielgerichteten Unternehmergeist eines ambitionierten Managementteams“ auch den Science4Life Venture Cup, den mit 30.000 Euro höchst dotierten Preis eines deutschen Gründerwettbewerbs, gewonnen.

Peptidchip auf Glasträger © PEPperPRINT GmbH

In einer viel beachteten Publikation im renommierten Wissenschaftsmagazin „Science" hatten die Forscher die Überlegenheit ihrer Peptidsynthese-Technologie gegenüber anderen Wettbewerbern demonstriert (Science 318, p.1888, 21.12.2007): Sie erzielten auf Microchips eine Dichte von 40.000 Peptiden pro cm2, die mit Epitop-spezifischen Antikörpern sichtbar gemacht wurden. Derartige komplexe Peptidarrays können zur Beantwortung wichtiger Fragestellungen in der Diagnostik und biomedizinischen Forschung verwendet werden, beispielsweise zum Scannen der humoralen Immunantwort gegenüber dem Proteom eines pathogenen Erregers.

PEPperPRINT fertigt darüber hinaus individualisierte Peptidbibliotheken, die in Forschungskooperationen und auf Basis von Dienstleistungen für das Hochdurchsatz-Screening nach neuen Protein-Biomarkern und für die Wirkstoffentwicklung eingesetzt werden. Die Firma steht mittlerweile vor ersten Pilotstudien mit Unternehmen der Biotechnologie und der pharmazeutischen Industrie und sucht Investoren für eine Ausweitung ihrer Produktionskapazitäten.

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