26. April 2018 
 
10. April 2018

Analytica: Erheblich schnellere Wirkstoff-Entwicklung

Biologen, Informatiker und Laserexperten haben mit „OptisCell“ einen neuen Prozess entwickelt, bei dem Zellen analysiert, selektiert und anschließend auf ihre Proteinproduktion untersucht werden. Wie das innovative Verfahren funktioniert, erläutern Wissenschaftler der beteiligten Fraunhofer-Institute im exklusiven Interview mit DIE MESSE.

Foto: Fraunhofer ILT, AachenFoto: Fraunhofer ILT, Aachen
Der OptisCell-Prozess zum kontaktfreien Zelltransport kann für verschiedene zellbasierte Tests eingesetzt werden.
Die Fraunhofer-Gesellschaft stellt auf der Analytica mit OptisCell ein besonderes Projekt vor, an dem Biologen, Informatiker und Laserexperten beteiligt sind. Warum ist diese interdisziplinäre Zusammenarbeit notwendig?
Dr. Nadine Nottrodt, Fraunhofer ILT: Wir haben ein Verfahren für die marker- und kontaktlose Selektion von lebenden Zellen entwickelt und dieses als Prozesskette für die Produk­tion von Biologika realisiert. Bisher entwickeln Biologen für diesen Zweck gentechnisch veränderte Zelllinien, welche sowohl das Zielprotein als auch ein zusätzliches Markerprotein produzieren.
Für eine möglichst effiziente Produktion müssen anschließend die Zellen ausgewählt werden, die die größte Menge des Proteins produzieren, sogenannte „High-Producer“. Für eine markerfreie Identifikation braucht es Informatiker, die durch Zellerkennung und Analyse von Proteinspektren Zellen nach ihrer Proteinexpression aussuchen können. Anschließend werden die ausgewählten Zellen durch einen Laser-induzierten Transfer aus der Zellmenge Isoliert. Dieser Transferprozess wird seit Jahren am Fraunhofer ILT erforscht.

Bei dem OptisCell-Prozess werden die Zellen zunächst mit Hilfe von Raman-Spektroskopie qualitativ untersucht. Was ist die Besonderheit daran?
Dr. Anke Burger-Kentischer, Fraunhofer IGB: Das Besondere an der Raman-Spektroskopie ist, dass sie die Möglichkeit bietet, Zellen aufgrund ihrer Protein­expression in „Producer“ und „Non-Producer“ zu unterscheiden, ohne dass die Zellen durch Einbringung eines Fluoreszenzmarkers zusätzlich verändert werden müssen. Dadurch werden die Zellen in einem Zustand gelassen, in dem sie leichter für die spätere Produktion eingesetzt werden können.

In einem zweiten Schritt werden die produzierenden Zellen mit einem Laserpuls in eine gegenüberliegende Mikrotiterplatte befördert. Was verbirgt sich hinter dem Verfahren „Laser-Induced Forward Transfer“ (LIFT)?
Dr. Nadine Nottrodt, Fraunhofer ILT: Das LIFT ist ein Prozess, mit dem wir ein Material kontaktlos verdrucken können. Man kann sich das so vorstellen, dass es einen Träger gibt, der mit einem Material beschichtet ist, das die verwendete Laserstrahlung gut absorbiert. Auf oder in diesem Material befinden sich die zu druckenden Zellen. Nun wird ein kurzer Laserpuls auf das absorbierende Material fokussiert, wodurch dieses Material verdampft. Die Dampfblase induziert dann einen Jet, der die Zelle transportiert. Das absorbierende Material kann Titan, Gold oder Wasser sein – je nachdem welche Strahlquelle verwendet wird.

Auf dem zweiten Träger werden die Zellen schließlich bezüglich ihrer Proteinproduktion charakterisiert. Wie gelingt dies?
Dr. Andreas Pippow, Fraunhofer FIT: Nachdem die Zellen auf dem Empfängerträger aufgefangen wurden, beginnen sie das Protein in größerer Menge zu produzieren und in das umgebende Medium auszuscheiden. Dort setzt sich das Protein dann auf der Oberfläche ab und geht eine Bindung mit der Oberfläche ein. Damit dies funktioniert, muss die Oberfläche speziell modifiziert sein. Außerdem ist die Oberfläche so gestaltet, dass bei einer Raman-Messung das Signal verstärkt wird. Mit diesem sogenannten SERS-Signal kann man das Protein viel besser charakterisieren, allerdings kann nur Protein gemessen werden, das sich außerhalb der Zelle befindet.

Warum ist dabei eine genaue Dokumentation aller Prozessschritte – von der ersten Prüfung bis zur Bewertung der Proteinproduktion – wichtig?
Dr. Andreas Pippow, Fraunhofer FIT: Wir haben für dieses Verfahren eine Datenmanagement-Architektur entworfen, die es uns ermöglicht, jeden Prozessschritt zu dokumentieren. Die Architektur ist dabei so flexibel, dass wir Teile des Prozesses ändern oder etwa andere Datenproduzenten einbinden können, ohne dass viel extra Programmierarbeit nötig ist. Wir haben diesen Aufwand betrieben, weil in der Arzneimittelproduktion grundsätzlich ein hoher Standard an Qualitätssicherung und damit an Dokumentation gefordert ist. Außerdem wollen wir ermöglichen, die Daten in Zukunft in einer Art und Weise zu analysieren, an die wir heute noch nicht gedacht haben.

Der OptisCell-Prozess arbeitet markerfrei, kontaktfrei und ist für den vollautomatischen Betrieb konzipiert. Wie haben Sie das validiert?
Dr. Anke Burger-Kentischer, Fraunhofer IGB: Mit der von uns entwickelten Anlage konnten wir zeigen, dass produzierende und nicht produzierende CHO-Zellen durch eine Ramananalyse unterschieden werden können. Anschließend konnten diese Zellen vom Träger auf den Empfänger vital übertragen werden. Die abgelegten Einzelzellen proliferierten und bildeten nach Ablage Klone, welche bis zu acht Tage beobachtet wurden.

Ein Ausblick: Welche neuen Optionen eröffnen sich der Pharmaforschung durch den OptisCell-Prozess?
Dr. Nadine Nottrodt, Fraunhofer ILT: Optionen für die Pharmaforschung bestehen darin, dass das Screening nach High-Producern in Zukunft schneller und damit sehr viel kosteneffizienter durchgeführt werden kann.

https://www.analytica.de/
https://www.ilt.fraunhofer.de/
https://www.igb.fraunhofer.de/
https://www.fit.fraunhofer.de/

 

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