NATIONAL PROJECT GRANTS

SyNMAG: Mikrosystemtechnische Synthese von konfigurierbaren, magnetischen Nanopartikeln für die Theranostik

Ziel dieses Vorhabens ist die Entwicklung neuer superparamagnetischer Eisenoxidnanopartikel (SPION) mittels einer auf mikrofluidischen Techniken basierenden, Herstellungs‐ und Oberflächenmodifikationsmethode. Nach erfolgreichem Projektabschluss sollen die SPION als Kontrastmittel für das in vivo MPI und MRT im präklinischen Marktsegment verwertet werden. Des Weiteren wird die Grundlage für die Verwertung der SPION für die Zellmarkierung und ‐ nachverfolgung via MRT oder MPI und der Anwendung in der MPH gelegt. Angestrebt werden aus großen Einkernteilchen bestehende SPION mit einer hohen Homogenität in Größe, magnetischen Eigenschaften als auch Morphologie, sowie einheitlicher Form und Kristallphase. Um dies zu realisieren wird im Verbund aus der nanoPET Pharma GmbH und dem Institut für Bioprozess‐ und Analysenmesstechnik e.V. mit Hilfe Chip‐basierter Mikrosystemtechnologien eine mikrofluidische Plattform etabliert, die Partikel ausführlich physikochemisch und magnetisch charakterisiert, in eine pharmazeutische Formulierung überführt und abschließend in vitro sowie in einem ersten Pilotexperiment in vivo untersucht. Mit den neuen SPION wird ein dringender Bedarf an optimierten Nanopartikeln für die diagnostische Bildgebung bzw. Therapie gedeckt, welcher Universitäten, Instituten und der pharmazeutischen Industrie neue Möglichkeiten im Bereich der Onkologie, Kardiologie und Neurologie sowie für die Entwicklung entsprechender neuer Diagnose‐ und Therapiemethoden bietet.

Dieses Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung unter dem Förderkennzeichen 13XP5095A gefördert.

InnoCyT: Innovative CyTOF‐Reagenzien zur Analyse von B‐Zellen bei Autoimmunerkrankungen

Die Massenzytometrie (CyTOF‐Technologie) ist eine umfassende Weiterentwicklung der konventionellen Durchflusszytometrie und etabliert sich derzeit weltweit als Standard für die Erfassung höchstdimensionaler zellulärer Proteinexpressionsmuster in der biomedizinischen Forschung. Die Technologie bedient vor allem den rapide wachsenden Bedarf an Einzelzelltechnologien, die perspektivisch auch in der klinischen Diagnostik von Tumor‐ und Immunsystemerkrankungen Anwendung finden sollen. Da alle Schlüsselreagenzien für die Plattform von nur einer Firma (Fluidigm, USA) erhältlich sind, ist ein kommerzieller Innovationsdruck und Wettbewerb kaum vorhanden. Für die erfolgreiche und international kompetitive Anwendung der CyTOF‐Technologie ist ein Quantensprung in der Entwicklung hoch‐innovativer Reagenzien jedoch unerlässlich. Hier besteht ein dringender Bedarf an Reagenzien für hochsensitive Massenzytometrie‐Assays zur Detektion schwach exprimierter Zellantigene, wie etwa Zytokinrezeptoren. Die Synthese maßgeschneiderter Nanopartikel (NP) auf Gd‐Basis für die Konjugation an Antikörper soll diesen Bedarf decken. Weiterhin sollen nanopartikuläre Reagenzien mit bislang ungenutzten Metallen (z.B. Zinn, Rhenium, Barium etc.) in der Massenzytometrie synthetisiert werden, um eine noch höherdimensionale Zellcharakterisierung zu ermöglichen (der Informationsgehalt wächst mit jedem Messkanal exponentiell). Schließlich soll ein einfach nutzbares und universelles Zelloberflächen‐Barcoding zur Harmonisierung von CyTOF‐Daten etabliert werden. Die bisher nur exemplarisch genutzten Nanopartikel sind aufgrund ihrer sehr hohen Metallionendichte besonders vielversprechend für die Anwendung in der Massenzytometrie. Dieses Ziel soll im Projekt InnoCyT in einem interdisziplinären Verbund aus nanoPET und dem DRFZ mit seinen Experten aus den relevanten Fachdisziplinen Kolloidchemie, Biologie und Biochemie erreicht werden.

Dieses Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung unter dem Förderkennzeichen 031B0758A gefördert.

THERAKON: Therapeutische radiologische Kontrastmittel für die Strahlentherapie

Brustkrebs stellt mit über 71.000 Diagnosen pro Jahr allein in Deutschland die häufigste Krebsneuerkrankung bei Frauen dar. Operation und Strahlentherapie sind die wesentlichen Behandlungsformen dieser Erkrankung, bei fortgeschrittenen Tumoren wird zusätzlich systemisch Chemotherapie eingesetzt. Bei der Strahlentherapie werden hochenergetische Photonen verwendet, um die Tumorzellen zu zerstören. Nachteile sind die unmittelbaren Nebenwirkungen und Langzeitschäden im bestrahlten Areal. Ziel des Verbundes aus der nanoPET Pharma Gmbh, dem Max Planck Institut für experimentelle Medizin und dem Universitätsklinikum Göttingen ist es, ein alternatives Verfahren zu der hochenergetischen Strahlung in der strahlentherapeutischen Behandlung von Tumoren, am Beispiel des Mammakarzinoms, zu etablieren. Hierfür werden neuartige nanopartikuläre TherapieVerstärker (nano- TVs) entwickelt. Durch den Einsatz niederenergetischer Röntgenstrahlung und auf Grundlage des photoelektrischen Effektes können diese nanoTVs Photoelektronen emittieren. Diese führen wiederrum zur Bildung von freien Radikalen (z.B. aus Wassermolekülen), die in der Lage sind, Tumorzellen zu zerstören. Im Gegensatz zu der klassischen Strahlentherapie, die durch einen Linearbeschleuniger erzeugte hochenergetische Strahlung benötigt, wird bei dieser Methode nur niederenergetische Röntgenstrahlung eingesetzt. Diese kann mit standardmäßigen, diagnostischen Computertomographen erzeugt werden. Wir erwarten, dass der Einsatz der nanopartikulären Medizinprodukte als Alternative zur klassischen Strahlentherapie für den Patienten zu einer Reduzierung der chemotherapeutischen Belastung, einer Verkürzung der Behandlungsdauer und einer Verringerung der Strahlentherapie induzierten unmittelbar auftretenden Nebenwirkungen, Langzeitschäden und Minimierung der Rückfallrate führt. Die Anwendung ist dabei nicht auf das Mammakarzinom begrenzt, sondern aufgrund der vielfältigen Einsatzmöglichkeit der nanoTVs mit der CT auch als Therapie bei anderen Tumorentitäten denkbar.

Dieses Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung unter dem Förderkennzeichen 13GW0218A gefördert.

TransPeptide: Generation and validation of transport systems for intracellular peptides for the diagnosis of solid tumors

Despite advances in the elucidation of the causes of tumor diseases, the benefits of new, drug‐based treatment approaches are often inadequate and accompanied by many side effects. One important reason for the lack of efficacy of new drugs is that these drugs have so far not influenced key growth mechanisms because they only work outside the cell. The tumor cell membrane is often a barrier that is difficult to overcome for peptide‐ or protein‐based drugs. When they can cross the tumor cell membrane, they are usually endosomally resorbed and degraded into lysosomes. For the development of new drugs a diagnostic accompaniment which enables the monitoring of the uptake and proof‐of‐principle investigations is essential. Therefore, the subject of the project is the establishment and validation of the technology for intracellular transport of molecules, which provide specifically the option of optical imaging, the conjugation of these molecules with MacroDel™ substances and proof‐of‐principle investigations in in vitro and in vivo tumor models. MacroDel™ molecules include polysulfated dendrimers with different branch structures. The special structure and charge of these molecules make it possible to transport conjugated diagnostics via specific mechanisms through the cell membrane into the cytosol of the target cells. This is intended to achieve accumulation of conjugated effectors, such as peptides, proteins or fluorescent dyes, in tumor cells and tissues. The conjugates are transported directly to the cytoplasm via cell‐ and tissue‐specific transporters. This transport route ensures that the diagnostic molecules reach the site of action directly. Since these transporter proteins are expressed specifically in tumor tissue, it has been deliberated that the mechanism performs specific effects in therapy of cancer. The development of a novel target‐specific class of substances can prospectively serve as a platform technology for scientific research and drug discovery.

Dieses Projekt wurde kofinanziert durch den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE).

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