A gyorsabb gyógyszerfejlesztés érdekében

A képen balról jobbra: Prof. Dr. Harald Riegel, Max-Jonathan Kleefoot, Lena Kruse, Prof. Dr. Christian Neusüss, Sebastian Funken és Ann-Katrin Schwenzer az újonnan beszerzett ionmobilitás-mass spektrométer mellett. © Hochschule Aalen | Andrea Heidel

Az egész világon zajló COVID-19-pandémia még inkább rámutatott: társadalmunk egyik legfontosabb kihívása az egészségügyi szektorban az új gyógyszerek és vakcinák gyors fejlesztése. Különösen hiányoznak hatékony és rendkívül pontos rendszerek az antitest-alapú hatóanyagok elemzésében. Ehhez nyújt segítséget egy frissen indított kutatási projekt az Aalen Főiskolán (HS): A multidiszciplináris csapat célja, hogy jelentősen felgyorsítsa a vakcina- és gyógyszerfejlesztést. Az „ProCeVen” nevű projektet körülbelül kétmillió euróval támogatja a Szövetségi Oktatási és Kutatási Minisztérium (BMBF), és lehetővé teszi három hallgató számára a doktori képzést az Aalen Főiskolán.

Az elmúlt több mint két év koronavírusával való együttélés után a legtöbbünk számára valószínűleg már nem ismeretlen az antigén-gyorstesztek használata. Ám kevesen foglalkoztak mélyebben azzal, hogy ezek a tesztek valójában hogyan működnek: „Egyszerűsítve azt mondhatjuk, hogy megmutatják, hogy bizonyos vírusfehérjék jelen vannak-e egy tesztelt személy torokterületén,” magyarázza Max-Jonathan Kleefoot, a LaserApplikationsZentrum (LAZ) doktorandusza az Aalen Főiskola.

A fehérjék vizsgálata azonban nemcsak ebben, hanem az egész orvostudomány területén döntő szerepet játszik – mind a betegségek diagnosztikájában, mind az új gyógyszerek fejlesztésében. A biofarmaceutikai vállalatok, azaz a gyógyszergyártók például a hatékonyság vizsgálatára keresnek bizonyos fehérjéket a beteg vérében, antitest-alapú hatóanyagok esetében. „Ezen új típusú fehérjehatóanyagok sikeressége és biztonsága, valamint az egészségügyi ellátás minősége erősen függ a bioanalitikai lehetőségektől,” figyelmeztet Prof. Dr. Christian Neusüß, az Analitikai és Bioorganikus Kémia Intézet igazgatója az Aalen Főiskolán.

Sajnos a korábban alkalmazott módszerek és technikák az antitest-alapú hatóanyagok elemzésében gyorsan elérték határaikat, és gyakran késleltették az egyénre szabott gyógyszerfejlesztést. Ezt a problémát szeretnék megoldani az Aaleni kutatók egy nemrég indult multidiszciplináris projekt keretében: egy új analitikai rendszeren dolgoznak, amellyel a biofarmaceutikai hatóanyagokban lévő fehérjéket ezentúl sokkal hatékonyabban és eddig nem elért pontossággal lehet vizsgálni. Első alkalommal működik együtt az Analitikai és Bioorganikus Kémia Intézet és a LaserApplikationsZentrum (LAZ) kutatócsoportja egy közös projektben.

A csapat először két fontos műszeres elemzési módszert köt össze, amelyek eddig nem voltak kompatibilisek egymással: az ún. kapilláris elektroforézist ionmobilitás-mass spectrometriával és a hidrogén/deuterium csere eljárással. „Ezek a bonyolultnak hangzó módszerek arra szolgálnak, hogy részletes szerkezeti információkat szerezzenek a fehérjékről, és ezáltal az orvosi hatásukról is,” magyarázza Neusüß projektkoordinátor.

Chip-ventil olyan, mint egy forgóajtó

Ezen túlmenően a műszeres bioanalitika területéről a csapat egy új, üvegchip-alapú szelepet készít, amelynek átmérője körülbelül egy pingponglabdáé, és amely a vizsgálati berendezésben a korábbi műanyag alkatrészt fogja helyettesíteni. „Ezt a kerek szelepet úgy lehet elképzelni, mint egy forgóajtót. Precízen fogadja a nanoliteres mennyiségű folyadékokat, és egy forgómozdulattal továbbítja azokat,” magyarázza Kleefoot. Mivel a szelep nemcsak egy, hanem több nyílással és apró csatornával rendelkezik belsejében, egymás után több csepp felvételére és azután a többi szétválasztási és karakterizálási folyamatba való továbbítására képes a tömegspektrométerrel.

„Ehhez a szelephoz mozgó üvegalkatrészekre van szükség, amelyek rendkívül precíz gyártást igényelnek. A rövidpulszusú lézertechnológia, amely pontos impulzusenergiát és állítható hullámhosszt biztosít, lehetővé teszi ezeket az üvegalkatrészek gyártását, felületük további funkcionálisítását és az egyedi elemzési technikák integrálását,” folytatja Neusüß. A lézeres megmunkálásban a LAZ kutatócsoportja Prof. Dr. Harald Riegel vezetésével vesz részt. A projekt lehetőséget ad három hallgatónak az Aalen Főiskolán doktori munkájuk megvalósítására: így Sebastian Funken, az Aalen Főiskola hallgatója, a projekt keretében a lézeres anyagkezelés területén végzett kutatásával írja majd disszertációját.

Két doktornő, Lena Kruse és Ann-Katrin Schwenzer párhuzamosan végzi doktori tanulmányait az Neusüß csoportban az instrumentális bioanalitika területén. „Szintén a hallgatók, különösen a Biopharmazeutikai Tudományok, Gépészmérnöki/gyártás és Menedzsment, valamint Optoelektronika szakos hallgatók már a korai alapszakos tanulmányaik során közvetlen laboratóriumi munkával kerülnek kapcsolatba a legaktuálisabb kutatási témákkal, és így megismerkednek a tudományos munkával,” hangsúlyozzák Neusüß és Riegel professzorok egyhangúan.

„A üveg sokkal alkalmasabb az eddigi műanyag alkatrész helyettesítésére, mivel tartósabb, szennyeződésekkel szemben ellenállóbb, így hosszabb távon fenntarthatóbb,” írja Funken. A lézer segítségével magas pontosságú, geometriailag meghatározott struktúrákat és mikrocsatornákat lehet létrehozni a üvegtestben. Emellett a lézer éles vágásokat és lyukakat is képes készíteni, valamint optikai elemeket integrálni az üvegtestbe. A teljes támogatásból körülbelül 500 000 euró kerül a lézeres megmunkálás kutatásába az LAZ-ban, a teljes támogatás összegét pedig mintegy kétmillió euróra becsülik, további 800 000 eurót pedig az Aalen Főiskola felszerelésének bővítésére fordítanak, például ionmobilitás-mass spectrométer (a képen) és lézerszkennert mikroszkópot szerezve be. Az ionmobilitás-mass spectrométerrel a világ első ilyen összekapcsolásában a kapilláris elektroforézissel a biofarmaceutikai fehérjék térbeli szerkezetének különbségeit fogják kutatni. Ezek a készülékek már telepítve vannak, és a jövőben is részt vesznek a kutatásban.