Künstlich hergestellte Antikörper können Tumorzellen mit Immunzellen verbinden und so dafür sorgen, dass der Tumor vom Immunsystem bekämpft wird. Zurzeit bringt eine solche Behandlung aber oft Nebenwirkungen mit sich, weil auch gesunde Zellen angegriffen werden. Abhilfe soll ein von TUM-Forschenden im Rahmen des Projekts LOGIBODY entwickelter Nanoschalter aus DNA schaffen – dieser erkennt, wenn der Antikörper mit einem Tumor verbunden ist, und gibt erst dann die Bindung zur Immunzelle frei. Für ihre Entwicklung sind die Forscher nun mit dem Innovationspreis der BioRegionen Deutschlands ausgezeichnet worden.
Erkennt das Immunsystem des Menschen, dass Krankheitserreger in den Organismus eingedrungen sind, mobilisiert es spezialisierte Immunzellen, die sich stark vermehren und gemeinsam die Keime unschädlich machen. Dabei erkennt das Immunsystem die Eindringlinge an typischen molekularen Strukturen an deren Oberfläche. Bei Tumorzellen funktioniert dieser Abwehrmechanismus aber oftmals nicht, weil diese nicht als entartet erkannt werden und sich so ungehindert vermehren können.
Ein Ziel vieler moderner Krebstherapien ist, das Immunsystem dennoch dazu zu bringen, den Tumor zu bekämpfen. „Eine Strategie dabei ist, Antikörper zu entwickeln, die Immunzellen und Tumorzellen miteinander verbinden,“ erklärt Jonas Funke, Wissenschaftler am Lehrstuhl für Biomolekulare Nanotechnologie und an der Munich School of BioEngineering (MSB) an der Technischen Universität München (TUM). Dadurch kommen die beiden Zellen so eng zusammen, dass die Tumorzelle die Immunzelle angreift.
Dieser Ansatz – der schon heute in der klinischen Praxis Anwendung findet – hat aber teilweise einen wesentlichen Nachteil: Weil sich die Strukturen an den Tumorzellen, an die der Antikörper binden soll, ähnlich auch bei zahlreichen gesunden Zellen finden, werden auch diese vom Immunsystem angegriffen, was sich in teilweise starken Nebenwirkungen äußern kann.
Mit DNA Medikamentenwirkung einschalten
Im Rahmen ihres LOGIBODY genannten Projekts haben Jonas Funke, Klaus Wagenbauer und Benjamin Kick zusammen mit ihrem Mentor Hendrik Dietz, Professor für Biomolekulare Nanotechnologie und Principal Investigator an der MSB, einen Lösungsansatz entwickelt: „Wir kombinieren den Antikörper mit einem nanometergroßen Schalter, der die Immunzelle erst dann rekrutiert, wenn sich der Antikörper mit einer Tumorzelle verbunden hat“, erklärt Funke das Prinzip. Bindet der Antikörper an eine gesunde Körperzelle, bleibt der Schalter geschlossen – der Antikörper kann sich nicht mit Immunzellen verbinden und die Zelle bleibt unbehelligt.
Der eingesetzte Schalter besteht dabei aus künstlicher DNA, die hier nicht als Träger von Erbinformation, sondern als Baumaterial für Nanostrukturen dient. Bei der Produktion kommt das DNA-Origami-Verfahren zum Einsatz, mit dem sich aus DNA nanometergroße Objekte und Maschinen herstellen lassen – und zwar in großen Mengen und sehr präzise nach einem vorgegebenen Bauplan. Das Verfahren ist in wesentlichen Teilen am Lehrstuhl von Prof. Dietz entwickelt worden.
Ziel: mit Pharmafirmen Medikamente entwickeln
Zurzeit testen die Forscher die Antikörper mit den neuartigen Nanoschaltern sehr erfolgreich in Zellkulturen – Untersuchungen im Mausmodell sollen folgen. „Langfristig möchten wir ein Unternehmen gründen und gemeinsam mit Pharmafirmen, die die Kompetenz auf dem Gebiet der Antikörperentwicklung mitbringen, neue Medikamente entwickeln“, erklärt Funke. Dafür sind sie jetzt schon auf der Suche nach Partnern in der Industrie. „Wir suchen gleichzeitig nach engagierten Kolleginnen und Kollegen, die unser Team verstärken möchten – zum Beispiel im Rahmen einer Master- oder Bachelorarbeit“, betont der Forscher.
Preisgekrönte Forschung
LOGIBODY ist eines der drei Siegerprojekte des Ende Mai 2020 vergebenen Innovationspreises der Bioregionen Deutschlands – der regionalen Initiativen zur Förderung der wirtschaftlichen Nutzung moderner Biotechnologien in Deutschland. Mit dem 2000 Euro dotierten Preis werden herausragende Ideen und Patente mit hohem wirtschaftlichem Potenzial aus den Lebenswissenschaften. Im vergangenen Jahr wurde das Projekt mit dem M4 award ausgezeichnet, der von BioM, der Netzwerkorganisation der Biotechnologiebranche in München und Bayern, vergeben und vom Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie unterstützt wird.
Weitere Informationen
Professur für Biomolekulare Nanotechnologie (Prof. Hendrik Dietz)
Meldung zu den Gewinnerprojekten des Innovationsprieses 2020 der Bioregionen Deutschlands
Weitere Informationen zum Innovationspreis der Bioregionen Deutschlands
Weitere Informationen zum m4 Award
MSB Meldungen zum Thema:
25 Oct 2019 | Developing a nanoswitch for antibodies - research team mentored by MSB-PI Hendrick Dietz receives m4 Award
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