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Functional assays for membrane protein on nanostructured supports

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Chips für Wirkstofftests

Arzneimittelprüfungen können langwierig und teuer sein. Ein europäisches Projekt nahm sich dieser Problematik an und entwickelte einen Bio-Chip für Tests von Zellbestandteilen und die Prüfung von Wirkstoffen.

Gesundheit

Damit ein Medikament seine Wirkung entfalten kann, muss es die fraglichen Zellen erkennen und anschließend ins Zellinnere vorstoßen. Die größte Hürde hierbei ist das Durchdringen der Zellmembran – die aus Proteinen und Lipiden (Proteolipid) aufgebaute äußere Hülle der Zelle. Die Zellmembran fungiert als Filter für den Transport in die Zelle und aus ihr heraus und die Proteine sind sozusagen die Kontrollposten, die die Substanzen auf ihrem Weg durch die Membran passieren müssen. 50% aller Wirkstoffe zielen daher allein auf diese biochemischen Barrieren ab. Hauptziel des EU-finanzierten Projekts Asmena war es, die Zeitspanne zwischen Labortests und kommerzieller Nutzung pharmazeutischer Wirkstoffe zu verkürzen, was primär durch eine bessere Erforschung der Membranproteine und ihrer Interaktion mit dem jeweiligen Wirkstoff geleistet werden kann. Das derzeitige Wirkstoff-Screening basiert auf Fluoreszenzmarkern, anhand derer sich der Transport durch die gesamte Zelle verfolgen lässt. Erschwerend kommt jedoch hinzu, dass der Marker selbst schon die Wirkung des Medikaments beeinträchtigen kann. Die Forscher von Asmena arbeiten darauf hin, die markierungsfreie Detektion durch Chip-basierte Assays zu ersetzen. Dabei schafft die Nanoumgebung eines Chips etliche Hürden, die das im November 2011 auslaufende Projekt Asmena bis dahin klären will. Bislang sind die Ergebnisse vielversprechend. Die Funktionsweise des Chips basiert auf der Selbstorganisation der Proteolipidmembran auf dem Chip, die anschließend mittels spezieller Nanoporenmaterialien stabilisiert wird. Die Membranen lassen sich mit diversen Proteinen bestücken, um dann zeitgleich mit einer Vielzahl potenzieller therapeutischer Moleküle beschossen zu werden. Zudem kann der Weg des Wirkstoffs nach seiner Bindung an das Membranprotein nachverfolgt werden. Eine neue Fading-basierte Sensortechnik detektiert den Protein-vermittelten Transmembran-Transport. Die Nachweisgrenze des Miniatursystems liegt nahe der Grenze hochmoderner makroskopischer Sensoren, und es lassen sich auch einzelne Protein-Moleküle nachweisen, ähnlich wie dies Sensoren auf einer Nanopartikelplattform leisten. Die Kombination verschiedener Assays auf einem Chip schafft eine vielseitig einsetzbare Plattform, um eine Vielzahl von Wirkstoffen auf verschiedenen Membranproteinen zu testen. Die beschleunigten Tests verkürzen die Entwicklung von Wirkstoffen, da sie ein effizienteres Screening ermöglichen. Möglicherweise kann der Biosensor-Chip auch zur Vermeidung von Tierversuchen beitragen und die Risiken klinischer Studien am Menschen senken.

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