Tech2Med

Disruptive Röntgentechnologie für neue Medikamente

Für den Zukunftscluster-Finalisten Tech2Med zeigt es die Corona-Pandemie deutlich: Deutschland muss in der Lage sein, schnell, effizient und finanzierbar neue Medikamente zu entwickeln. Doch wie können wir besser neue Medikamente entwickeln? Dieser Herausforderung stellt sich Tech2Med.

Mittels Laser-Plasmabeschleunigung erzeugte Plasmawelle
Bei der Laser-Plasmabeschleunigung erzeugt ein starker Laserpuls (rot) im Wasserstoffgas eine Plasmawelle (blau), indem er Gasmoleküle von ihren Elektronen trennt. Die Elektronen (rot) surfen auf der Welle wie ein Wakeboarder hinter dem Heck eines Boots und werden dabei extrem beschleunigt. Die Anlage LUX hat nun kontinuierlich in rund 30 Stunden mehr als 100 000 dieser Teilchenpakete geliefert. Quelle: © DESY / Science Communication Lab

 

Was macht den Zukunftscluster-Finalisten aus?

Tech2Med plant, neue röntgenbasierte Analyseverfahren für die Medikamentenentwicklung vor allem auf Basis innovativer, kompakter Röntgenlichtquellen zu entwickeln. Das dient etwa dazu, die Wirkstoffentwicklung in der Infektionsforschung, bei Antibiotikaresistenzen und für neurodegenerative Erkrankungen voranzutreiben. Auch präklinische Studien der Medikamentenentwicklung sollen dadurch schneller, effizienter und kostengünstiger umgesetzt werden. Der Zukunftscluster-Finalist bündelt hierfür die regionale Forschungskompetenz und -kapazität in Hamburg und Norddeutschland durch eine Vernetzung von Partnern aus Grundlagen- und angewandter Forschung, Unternehmen sowie bereits entwickelten Clustern aus dem Gesundheitsbereich.

Welche Vorteile bringt der Ansatz für den Innovationsstandort Deutschland?

Die Entwicklung einer kompakten Röntgenquelle und ihr Einsatz in der Medikamentenentwicklung stellt eine zukunftsweisende Innovation für den pharmazeutischen Markt dar: Innovationszyklen für Medikamente werden beschleunigt, beteiligte Unternehmen profitieren von einer gestiegenen Kalkulierbarkeit, verlässlichen Informationen und Kosteneinsparungen im Entwicklungsprozess. Auf Basis der neuen Technologieentwicklungen entstehen auch neue Geschäftsmodelle.

Warum „Zukunftscluster-Finalist“?

In der 1. Wettbewerbsrunde wurden 16 Zukunftscluster-Finalisten ausgewählt, die in der Konzeptionsphase eine Clusterstrategie entwickeln sollen. Ende Januar 2021 wird eine unabhängige Jury dem BMBF bis zu sieben Finalisten zur weiteren Förderung empfehlen. Diese ausgewählten Finalisten dürfen dann den Titel „Zukunftscluster“ tragen.

Weitere Hintergrundinformationen zu Tech2Med

Mit den folgenden Texten stellt sich Ihnen der Zukunftscluster-Finalist Tech2Med vor.

Das Ziel des Zukunftscluster-Finalisten Tech2Med ist es, neue Technologien so weiterzuentwickeln und einzusetzen, dass Medikamente für Patienten schneller verfügbar werden. Für die Entwicklung eines neuen Medikaments fallen heute Summen bis zu 1,3 Mrd. Euro an. Doch grob überschlagen lässt sich sagen, dass nur einer von 10.000 untersuchten Wirkstoffen tatsächlich wirksam ist. Dementsprechend scheint das mit der Neuentwicklung von Medikamenten einhergehende Risiko für Unternehmen ein Investitionshemmnis zu sein. Das Ziel von Tech2Med ist deswegen, neueste Technologien so weiter zu entwickeln, dass innovative Medikamente und Therapien schneller entwickelt werden und Patienten eher erreichen.

Kern der Idee: riesige Teilchenbeschleuniger, die brillantes Röntgenlicht erzeugen für die Untersuchungen von Proteinen – also möglichen Wirkstoffen von Medikamenten – zu schrumpfen. Das brillante Licht soll dazu genutzt werden, die Struktur von Proteinen und anderen Bio-Molekülen hochautomatisiert zu entschlüsseln. 90 Prozent der heute bekannten Wirkstoffe sind an den riesigen Synchrotron- strahlungsquellen, wie z.B. am Beschleunigerring PETRA III des DESY, mithilfe der Röntgenkristallografie entschlüsselt worden. Damit dies zukünftig schneller und dezentraler geschehen kann, sollen die neuen kompakten Beschleuniger direkt in Laboren zugänglich sein.

Parallel werden Analysemethoden weiterentwickelt. So werden Anwendung industrieaffin, gleichzeitig entstehen neue Herangehensweisen für Untersuchungen der winzigen Schlüsselkomponenten. Die Vision ist, medizinische Bildgebung auf ein nächstes Level zu heben, um beispielsweise Tumore auch schon in Frühstadien aufzuspüren.

Um diese Vision des Zukunftscluster-Finalisten Tech2Med Realität werden zu lassen, werden zwei Kompetenzfelder, die von DESY gemeinsam mit der Universität Hamburg getrieben werden, miteinander verknüpft. Dies sind zum einen Röntgen-Analysemethoden wie die serielle Protein-Kristallographie oder die Analytik mit Röntgenfluoreszenz. Diese neuartigen Methoden für die Analyse von Bio-Molekülen liefern Informationen in einer bisher nicht dagewesenen Detailtiefe, anhand derer neue Wirkstoffe entwickelt werden können.

Zum anderen ist DESY weltweit führend in der Entwicklung kompakter Teilchenbeschleuniger. Diese Technologie wird im Rahmen von Tech2Med als passende Röntgenlichtquelle für die Pharmaforschung im Labormaßstab zielgenau weiterentwickelt und in die Anwendung gebracht. In den letzten Jahren macht dieser Forschungsbereich, der auf dem Prinzip der Laser-Plasmabeschleunigung basiert, rasante Fortschritte. Hier erzeugt ein Laser oder ein energiereicher Teilchenstrahl eine Plasmawelle in einer feinen Kapillare. Als Plasma wird ein Gas bezeichnet, bei dem die Gasmoleküle von ihren Elektronen getrennt wurden. So können auf extrem kurzer Strecke hohe Energien erreicht werden. Diese Energien werden benötigt, um dieses brillante, energiereiche Röntgenlicht zu erzeugen.

In der Konzeptionsphase konzentrieren sich die Anstrengungen auf Vorarbeiten, um den Aufbau eines Clusters sofort und ohne Zeitverlust angehen zu können. Führende Wissenschaftler und ihre Teams, die Erkenntnisse aus der Grundlagenforschung in den Zukunftscluster-Finalisten einbringen, werden zusammengeführt. Parameter technischer Natur werden abgestimmt und offene Fragestellungen identifiziert. Dabei geht es beispielsweise darum, welche Leistungsparameter eine kompakte Quelle benötigt, um Untersuchungen mit den Methoden der seriellen Kristallografie oder der Röntgenfluoreszenz zu ermöglichen. Neben diesen Vorarbeiten, die sehr intensiv die akademischen Partner betreffen, wird verstärkt an der Organisation und Etablierung des möglichen Industrie-Clusters gearbeitet. Dies umfasst auch den Aufbau eines „Industry Advisory Board“, das beratend tätig sein wird. Das hier vorhandene Expertenwissen ist ungemein wichtig für Design, Leistungsparameter und Anforderungen an das zu entwickelnde Produkt. Daneben werden weitere Industrieunternehmen, aber auch Partner aus der angewandten Forschung eingehend befragt, um deren Fragestellungen mit aufzunehmen und eine umfassende Entwicklungsplattform aufzusetzen, auf der jeder seine Stärken und Kompetenzen zielführend einsetzen kann.

Auf einen Blick
  • Projektlaufzeit: 01.05.2020 bis 31.10.2020
  • Zuwendung: 157.949,47 € (inkl. Projektpauschale)
  • Zuwendungsempfänger: Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY, Hamburg
  • Weitere Partner, die die Arbeiten der Konzeptionsphase unterstützen: Universität Hamburg; Fraunhofer IME Screeningport; Evotec SE; Life Science Nord Management GmbH; Eppendorf AG; axiom insights GmbH; Bruker AXS GmbH

Innovationen bei Medikamenten und Therapien beschleunigen, aber auch das Verständnis von Krankheiten durch eine höhere Informationsdichte zu Abläufen auf Zellebene erweitern: All dies sind Aspekte, die mit der Entwicklung für eine kompakte Röntgenlichtquelle adressiert werden. Methoden aus der Physik werden für medizinische Forschung, Diagnose und Therapien schon lange eingesetzt. Das bekannteste Beispiel ist das klassische Röntgenbild. Auch die Tumorbehandlung mit Protonen ist eine Entwicklung der Physik, die in der Krebstherapie eingesetzt wird. Tech2Med plant diese noch ein Stück weiter nach vorne bringen und zu Lösungen bei der Bedrohung durch viele Infektionskrankheiten oder Antibiotikaresistenzen beizutragen.

Aber nicht nur Gesundheitsaspekte, die der Bevölkerung in Deutschland und den Menschen weltweit helfen könnten, sollen durch Tech2Med nach vorne gebracht werden. In der Zusammenarbeit und der Entwicklung wird parallel auch eine weitere Schlüsseltechnologie avisiert: Der Einsatz von künstlicher Intelligenz. Hier geht es darum, die Datenmengen, die bei den Experimenten anfallen, in ihrer Tiefe und ohne Informationsverlust aufzubereiten. Aufbereitung und Analyse von verschiedenen Daten ist ein Aspekt, ein weiterer Aspekt wäre die Visualisierung – auch in 3D. So werden untersuchte Strukturen für Forschende schneller nachvollziehbar.