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Herausforderungen in der Drug-Discovery-Analytik

Bei der Entwicklung neuer Wirkstoffe ist eine sensible Analytik eine der größten Herausforderungen. Sowohl die meist nur in limitiertem Maße zur Verfügung stehende Probenmenge als auch ihre Komplexität verlangen in der Regel nach ausgeklügelten Untersuchungsmethoden. Am Ende ist die Auswahl geeigneter Techniken jedoch immer eine Einzelfallentscheidung, die sich an der zu untersuchenden Fragestellung orientieren muss.

LABORWELT
Wie lassen sich auch sehr geringe Probenmengen umfassend analysieren?

Michael Rasche
Die Entwicklung und Analyse von Biomarkern spielt eine immer wichtigere Rolle im gesamten Drug Discovery Prozess. Die immer engere Verzahnung von Diagnostik und Therapie sowie die Notwendigkeit der Stratifizierung von Patienten mittels spezifischer Biomarkersignaturen (companion diagnostics oder personalised medicine) sind integraler Bestandteil in der Zulassung neuer Medikamente . Eine große Herausforderung im Bereich der Protein-Biomarker-Analytik liegt in der simultanen Quantifizierung mehrerer relevanter Biomarker im verfügbaren Probenvolumen. Mit Hilfe gängiger Einzelnachweisverfahren, wie zum Beispiel ELISA, ist daher die Analyse auf wenige Parameter begrenzt.
Für ein optimales Design der Experimente, bedarf es also einer Analyse-Plattform, mit der möglichst viele Biomarker gleichzeitig (im sogenannten Multiplex) in einem möglichst geringen Probenvolumen analysiert werden können. Optimalerweise sollte eine solche Plattform über den gesamten Entwicklungsprozess von der Target-Identifizierung und -Validierung bis hin zu der klinischen Anwendung verwendet werden können. Ayoxxa Biosystems (www.ayoxxa.com) entwickelt derzeit eine völlig neuartige Multiplex-Protein-Analyse-Methode, die diese Herausforderung adressiert. Die Technologie realisiert erstmalig die simultane Quantifizierung vieler Proteine aus einem Probenvolumen von nur wenigen Mikrolitern. Die Analyse dieses Multiplexassays erfolgt mit Hilfe eines gängigen Fluoreszenz-Mikroskops und einer entsprechenden Software.

LABORWELT
Wie lassen sich geeignete Produktkandidaten schnell auswählen?

Hendrik Wünsche
Die Suche nach dem nächsten Blockbuster gleicht der Suche nach der berühmten Nadel im Heuhaufen. Das Drug Discovery steht vor der immensen Herausforderung, mittels schneller High-Throughput-Screenings Daten zu generieren, die eine fundierte Auswahl potentieller Wirkstoffkandidaten (Small Molecules, Proteine) zur näheren Betrachtung und Weiterverarbeitung im Drug Development erlauben. Die BioLayer-Interferometrie (BLI), die in einer Vielzahl pharmazeutischer Prozesse zunehmend häufiger zum Einsatz kommt, ermöglicht durch parallelen Einsatz der BLI-Biosensoren eine extrem schnelle Analyse biomolekularer Affinitäten, Bindungskinetiken und Konzentrationen. Pall ForteBio Octet® Systeme für die labelfreie High-Throughput Analytik, die durch das manuelle BLItzTM System ergänzt werden, können im Drug Discovery (und Drug Development) für verschiedene Anwendungen eingesetzt werden.
Ein Beispiel ist die schnelle Aufnahme klassischer Assoziations-Dissoziations-Kurven für ein erstes Ranking während diverser Screeningprojekte, aus denen sich Assoziationsraten/Dissoziationsraten (On/Off-Raten, ka, kd) sowie Affinitätskonstanten (KD) ohne Einsatz von Detektionsagentien in Echtzeit bestimmen lassen. Andere Anwendungen finden sich in den Bereichen des Affinitätsrankings, der Affinitätsreifung, des Epitop Binning/Mapping oder des Hybridoma-Screenings. Das einfache Dip and ReadTM Biosensor-Format ist in der Regel mit nicht aufbereiteten Proben kompatibel. Somit ist eine High-Throughput-Analyse selbst aus komplexen Matrizes wie Zellkulturüberständen und Lysaten mit minimalem Aufwand möglich. In der weiteren Wirkstoffentwicklung lassen sich zudem Produktkonzentrationen aus komplexen Proben über einen breiten dynamischen Bereich präzise bestimmen. Mit einem Octet High-Throughput-System können 96 Proben in nur zwei Minuten untersucht werden.

LABORWELT
Ist es möglich, die Präzision klassischer Analysemethoden auch mit modernen -omics-Technologien zu erreichen?

Oliver Rinner
Die meisten Medikamente interagieren direkt mit Proteinen, ihren „drug targets”. Daneben beeinflussen Medikamente aber auch andere Proteine, sei es weil Rezeptoren Signalkaskaden aktivieren, die wiederum zu Phosphorylierungen oder Expressionsänderungen führen oder weil Medikamente nicht hundertprozentig spezifisch sind und unbeabsichtigt andere Rezeptoren aktivieren. Für ein besseres Verständnis des Mechanismus von Medikamenten (mode of action) ist es daher unerlässlich, dass potentiell involvierte Proteine, oder idealerweise komplette Proteome (die Gesamtheit aller messbaren Proteine) quantifiziert werden können. Die klassischen Methoden der Proteinanalytik sind diesbezüglich jedoch limitiert: Antikörper-basierte Tests messen nur einzelne Proteine (zum Beispiel ELISA Tests); alternative massenspektrometrische Techniken können mit der „Shotgun Proteomics“ zwar tausende Proteine gleichzeitig messen, die Reproduzierbarkeit und Genauigkeit war bisher jedoch zu niedrig für viele Anwendungen. In den vergangenen Jahren wurde eine neue Variante der Proteomics – Targeted Proteomics – entwickelt, die verspricht, die Genauigkeit von klassischen Assays mit dem high-content Potential der Shotgun-Proteomics zu kombinieren. Targeted Proteomics Assays sind virtuell, das heißt sie definieren die Extraktion von Daten aus massenspektrometrischen Messungen und können sehr schnell entwickelt werden, weil keine spezifischen Reagenzien produziert werden müssen.Nature Methods, eines der renommiertesten Life-Sciences-Journale hat diese Technologie als Methode des Jahres 2012 gekürt. In vieler Hinsicht verspricht Targeted Proteomics, das proteomische Pendant zu Next-Generation Sequencing zu werden, mit der faszinierenden Möglichkeit, drug-responses auf  funktionaler – das heißt auf Proteinebene – zu messen.

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2/2014

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http://www.laborwelt.de/spezialthemen/analytica-2014/herausforderungen-in-der-drug-discovery-analytik.html

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