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Signatope: Biomarker-Verfahren für Tests aller Art

Signatope ist ein neues Biotech-Unternehmen, das seit August 2016 mit innovativen Biomarker-Testverfahren für die Pharma-Entwicklung am Markt ist. Nebenwirkungen an Niere und Leber können damit in allen Stadien der Arzneimittel-Entwicklung getestet werden – schnell, über Artgrenzen hinweg und selbst mit kleinsten Probenmengen.

Mit der marktfähigen Entwicklung eines innovativen Biomarker-Testverfahrens ließ das Forscherteam um Dr. Oliver Pötz am Naturwissenschaftlichen und Medizinischen Institut NMI in Reutlingen bereits 2015 aufhorchen: Im Juli wurde die Gruppe im Businessplan-Wettbewerb der Gründerinitiative Science4Life e.V. ausgezeichnet. Der Businessplan zu Signatope erreichte unter mehr als 60 Einreichungen einen respektablen 6. Platz. Im August 2016 war es dann so weit: Das siebenköpfige Forscherteam wurde endgültig zum Gründerteam und brachte mit der Signatope GmbH eine Ausgründung des NMI an den Start. Wieder einmal, muss man sagen, denn damit sind es bereits 13 Life-Science-Unternehmen, die das NMI in den rund 30 Jahren seines Bestehens hervorgebracht hat.

Das Gründerteam der Signatope GmbH: Prof. Dr. Hugo Hämmerle, Dr. Oliver Pötz, Dr. Hannes Planatscher, Dr. Octavian Schatz, Dr. Thomas Joos (v.l.n.r.). Das Team war 2012 bereits im GO-Bio-Wettbewerb des BMBF erfolgreich. © Signatope GmbH

Dieser Erfolg kam nicht von ungefähr. In jahrelanger Kleinarbeit legten die Wissenschaftler in den NMI-Laboren die Grundlage für ihr neues Biomarker-Testverfahren. „Wir waren an großen europäischen Verbundprojekten beteiligt und haben dabei interessante Proteinmarker-Kandidaten validiert, die in menschlichen Urinproben auf Nierenschäden hinweisen. Solche Marker können zum Beispiel in klinischen Phase-I-Studien genutzt werden, um neue Medikamente auf Nebenwirkungen zu testen“, erklärt Pötz, der heutige CEO der Signatope GmbH. Das NMI-Team wollte jedoch nicht einfach eine Phase-I-Testmethode entwickeln, sondern hatte von Anfang an Größeres im Sinn. Die Forscher wollten einen Biomarker-Test, der in allen Stadien der Medikamentenentwicklung eingesetzt werden kann. Und er sollte nicht nur beim Menschen, sondern speziesübergreifend auch in den unterschiedlichsten Tiermodellen funktionieren, die klinischen Studien am Menschen üblicherweise vorausgehen.

Glossar

  • Enzyme sind Katalysatoren in der lebenden Zelle. Sie ermöglichen den Ablauf der chemischen Reaktionen des Stoffwechsels bei Körpertemperatur.
  • Proteine (oder auch Eiweiße) sind hochmolekulare Verbindung aus Aminosäuren. Sie übernehmen vielfältige Funktionen in der Zelle und stellen mehr als 50 % der organischen Masse.
  • Eine Sonde im molecularbiologischen Sinn ist ein Stück markierte RNA oder DNA, die mit einer gesuchten Sequenz binden (hybridisieren) kann.
  • Bioinformatik ist eine Wissenschaft, die sich mit der Verwaltung und Analyse biologischer Daten mit Hilfe modernster Computertechnik, befasst. Dient derzeit hauptsächlich zur Vorhersage der Bedeutung von DNA-Sequenzen, der Proteinstruktur, des molekularen Wirkmechanismus und der Eigenschaften von Wirkstoffen. (2. Satz: mwg-biotech)
  • Ein Immunoassay ist eine Methode zum Nachweis antigener Substanzen im Reagenzglas durch eine Antigen-Antikörper-Reaktion.
  • Ein Peptid ist eine organisch-chemische Verbindung, die aus mehreren Aminosäuren (AS) besteht, die miteinander zu einer Kette verbunden wurden. Die Aminosäuren sind über Peptidbindungen miteinander verknüpft. Als Peptide bezeichnet man relativ kurze Aminosäurenketten (20 - 100 Aminosäuren), dagegen bezeichnet man längere Aminosäurenketten (>100) als Proteine.
  • Biomarker sind messbare Produkte von Organismen (z.B. Proteine, Stoffwechselprodukte oder Hormone), die als Indikatoren beispielsweise für Umweltbelastungen oder Krankheiten herangezogen werden.
  • Validierung oder Validation ist der Prozess der Prüfung einer These oder eines Lösungsansatzes in Bezug auf das zu lösende Problem.
  • Die Pathologie ist ein Teilgebiet der Medizin, das sich mit der Erforschung und Lehre von den Ursachen, der Entstehung, der Verlaufform und der Auswirkungen von krankhaften Symptomen sowie von Missbildungen beschäftigt.
  • Die Massenspektrometrie ist ein Verfahren zur Messung des Masse-zu-Ladung-Verhältnisses eines Teilchens. Bei biologischen Fragestellungen werden meist Proteine massenspektrometisch untersucht.
  • Ein Epitop ist der Bereich eines Antigenes, der von einem Antikörper erkannt wird. Antigene besitzen meist mehrere unterschiedliche Epitope auf ihrer Oberfläche. Ein Antikörper bindet selektiv an das Epitop, für das er spezifisch ist.
  • Bundesministerium für Bildung und Forschung

Hund, Katze, Mensch – ein Biomarker-Testverfahren für alle Spezies

Die Krux dabei: Viele Stoffwechselwege und daran beteiligte Proteine sind zwar grundsätzlich gleich, aber der Teufel steckt in Molekül-Details, die von Art zu Art variieren. Außerdem gibt es Unterschiede im gesunden und kranken Stoffwechsel und es wird nicht immer die gleiche Menge an Biomarker-Molekülen erzeugt. Die Lösung des Signatope-Teams liegt bei speziellen Antikörpern, die Pötz und seine Kollegen am NMI schon länger am Forschungs-Wickel hatten. Die Antikörper verfügen über außergewöhnlich kleine, nur vier Aminosäure lange Erkennungssequenzen (Signaturen), die zu ebenso kleinen Bereichen (Epitopen) der Markermoleküle passen. Und diese kleinen Epitope sind über Artgrenzen hinweg identisch. Das war die Grundlage, auf der das Team seine XIM-Tests (Cross-Spezies Immunoassays) für die Pharmaindustrie entwickelte. Aus der Kombination von Signatur und Epitop entwickelte sich der heutige Firmenname Signatope.

Durch Einsatz des Massenspektrometers – hier eine Signatope-Mitarbeiterin am Gerät – konnte das Firmenteam sein Testverfahren deutlich beschleunigen. © Signatope GmbH

„Voraussetzung für unseren Ansatz ist natürlich, dass die Epitope wirklich in allen relevanten Spezies identisch sind“, sagt Dr. Hannes Planatscher, der als Bioinformatiker unter anderem für die aufwendigen Datenbank-Abgleiche zuständig war, mit denen geeignete Epitope identifiziert wurden. Praktischerweise absolviert Planatscher berufsbegleitend ein MBA-Studium, was ihm jetzt als CFO (Chief Finance Officer) von Signatope zugute kommt. Die Bioinformatik half dem Team auch dabei, eine eigene Methode zu entwickeln, mit der analysiert wird, wie spezifisch der jeweilige Antikörper ist und was genau er bindet.

Die Gefahr bei derart kleinen Erkennungssequenzen ist, dass sie relativ häufig sind. Um genau die richtigen Proteine in einer Blut- oder Urinprobe quantitativ zu bestimmen, bringt das Team die Massenspektrometrie ins Spiel. Dabei werden alle Peptide, die an den Antikörper gebunden haben, ihrer Masse nach analysiert. Es ist diese einzigartige Kombination aus XIM-Test und Massenspektrometrie, die die Signatope-Technologie ausmacht. Pötz erklärt das mit einer Analogie zur Namenssuche: „Wir haben quasi einen Antikörper gegen das ‚Chr’ in Christoph, fischen damit jedoch auch alle Christophers, Christianes und so weiter heraus. Erst das Massenspektroskop zeigt uns die Christophs, unter denen wir dann anhand seiner individuellen Masse den richtigen Christoph herausgreifen können.“

Mit wenig Material schnelle Ergebnisse dank Antikörper und Massenspektrometer

Die Technologie ist schnell und breit einsetzbar – das Konzept für die praktische Anwendung überzeugte bereits 2012 beim GO-Bio-Wettbewerb des BMBF. Das Ministerium fördert das Projekt über vier Jahre hinweg bis 2017. Das verschafft dem Start-up genug Luft, um die Technologie für weitere Anwendungen voranzubringen, während es am Markt bereits aktiv ist. Als Kunden hat Signatope vor allem die großen forschenden Pharmaunternehmen im Blick, wendet sich aber auch an kleine Biotech-Unternehmen und Forschergruppen – kurz gesagt an alle, die an der Arzneimittelentwicklung beteiligt sind. Im Moment liegt der Fokus von Signatope auf Biomarker-Proteinen, die in Leber und Niere an Ab- und Umbauprozessen von potenziellen Wirkstoffen beteiligt sind. „Enzyme des Cytochrome-P450-Komplexes und Transportproteine in der Leber sind Beispiele für Proteine, die hoch- oder herunterreguliert werden, wenn bestimmte Substanzen abgebaut werden. Die Analyse dieser Proteine ist wichtig, um Wechselwirkungen von neuen Medikamentenkandidaten aufzudecken. Mit unserem Verfahren können wir sie schnell quantifizieren und benötigen dafür nur geringe Probenmengen“, fasst Pötz die Vorteile für den Kunden zusammen. Langfristig will das Unternehmen auch Biomarker-Tests für Schädigungen an Blutgefäßen und weiteren Organen anbieten.

Der Bedarf an nichtinvasiven Biomarker-Testverfahren ist groß und wird noch steigen, wie Planatscher betont. „Der Trend in der Arzneimittelentwicklung geht eindeutig weg von der klassischen Histopathologie hin zu Biomarkertests. Dafür spricht auch, dass immer mehr Biomarker von den regulatorischen Behörden zur Wirkstofftestung empfohlen werden. Möglicherweise werden entsprechende Tests zukünftig sogar in das Pflichtenheft für die Entwicklung von Pharmazeutika aufgenommen. Insgesamt sehen wir ein großes Potenzial für die Zukunft.“ Wenn weniger histopathologische Tests gemacht werden müssen, trägt das auch dazu bei, Tierversuche zu reduzieren beziehungsweise die Daten daraus zu verbessern. Dies ist ein weiterer Pluspunkt für Biomarker-Tests im Allgemeinen und die innovativen Signatope-Tests im Besonderen.

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