Per uno sviluppo più rapido dei farmaci

Nella foto da sinistra: Prof. Dr. Harald Riegel, Max-Jonathan Kleefoot, Lena Kruse, Prof. Dr. Christian Neusüss, Sebastian Funken e Ann-Katrin Schwenzer accanto al nuovo spettrometro di massa a mobilità ionica. © Hochschule Aalen | Andrea Heidel

La pandemia mondiale di COVID-19 ha evidenziato ancora di più: Una delle sfide principali della nostra società nel settore sanitario è lo sviluppo rapido di nuovi farmaci e vaccini. In particolare, mancano sistemi efficaci e altamente precisi nell'analisi di principi attivi basati su anticorpi. Qui interviene un progetto di ricerca appena avviato presso l'Università (HS) di Aalen: Il team interdisciplinare si è posto l'obiettivo di accelerare significativamente lo sviluppo di vaccini e farmaci. Il progetto "ProCeVen" è finanziato con circa due milioni di euro dal Ministero federale dell'istruzione e della ricerca (BMBF) e consente a tre studenti di conseguire il dottorato presso l'HS di Aalen.

Dopo oltre due anni con il coronavirus, la maggior parte di noi sarà più che familiare con l'uso dei test rapidi per gli antigeni. Tuttavia, pochi si sono probabilmente occupati più approfonditamente di come funzionano effettivamente questi test: "Essi, semplificando, verificano se determinati proteine virali sono presenti nella gola di una persona testata", spiega Max-Jonathan Kleefoot, dottorando presso il LaserApplicationsCenter (LAZ) dell'Università di Aalen.

Lo studio delle proteine svolge un ruolo decisivo non solo in questo ambito, ma in tutto il settore medico – sia nella diagnostica delle malattie che nello sviluppo di nuovi farmaci. Le aziende biofarmaceutiche, cioè i produttori di farmaci, testano ad esempio l'efficacia di cosiddetti principi attivi basati su anticorpi, cercando nel sangue dei pazienti determinate proteine. "Il successo e la sicurezza di questi nuovi principi attivi proteici e, di conseguenza, dell'assistenza sanitaria alla popolazione dipendono fortemente dalle possibilità della bioanalisi", sottolinea il Prof. Dr. Christian Neusüß, direttore dell'Istituto di Chimica Analitica e Bioorganica presso l'HS di Aalen.

Sfortunatamente, i metodi e le tecniche attualmente utilizzati per l'analisi di principi attivi basati su anticorpi hanno rapidamente raggiunto i loro limiti, ritardando spesso uno sviluppo personalizzato di farmaci. I ricercatori di Aalen vogliono cambiare questo recentemente avviato progetto interdisciplinare: stanno lavorando a un nuovo sistema analitico con cui sarà possibile analizzare in modo molto più efficace e con una precisione finora irraggiunta le proteine nei principi attivi biofarmaceutici. Per la prima volta, ricercatori dell'Istituto di Chimica Analitica e Bioorganica e del LaserApplicationsCenter (LAZ) collaborano in un progetto comune.

Il team combina per la prima volta due importanti metodi analitici strumentali, che finora non erano combinabili tra loro: la cosiddetta elettroforesi capillare con la spettrometria di massa a mobilità ionica e lo scambio di idrogeno/deuterio. "Questi metodi complessi servono a ottenere informazioni dettagliate sulla struttura delle proteine e, di conseguenza, anche sulla loro azione medicinale. Inoltre, forniscono anche informazioni sulle varianti delle proteine dovute al processo di produzione", spiega il coordinatore del progetto Neusüß.

La valvola a chip funziona come una porta girevole

Inoltre, il team nel settore della bioanalisi strumentale realizza una nuova valvola a chip in vetro con un diametro di circa un pallina da ping pong, che sostituirà il componente in plastica finora utilizzato negli strumenti di analisi. "Questa valvola rotonda può essere immaginata come una porta girevole. Accetta con precisione piccole quantità di liquidi nel range dei nanolitri e le trasporta con un movimento di rotazione", spiega Kleefoot. Poiché la valvola ha non solo una, ma più aperture e microcanali al suo interno, può raccogliere successivamente più gocce e poi indirizzarle singolarmente verso le successive fasi di separazione e caratterizzazione tramite lo spettrometro di massa.

"Per questa valvola abbiamo bisogno di parti in vetro mobili, che richiedono una produzione altamente precisa. La tecnologia laser a impulsi ultracorti, con energia di impulso precisa e lunghezza d'onda regolabile, permette di produrre queste parti in vetro, di funzionalizzarne le superfici e di integrare tecniche analitiche personalizzate", aggiunge Neusüß. La parte di lavorazione laser è affidata a un team di ricercatori dell'LAZ sotto la guida del Prof. Dr. Harald Riegel. Il progetto consente inoltre a tre studenti dell'HS di Aalen di realizzare le loro tesi di dottorato: così Sebastian Funken, studente dell'Università di Aalen, scriverà la sua tesi sulla lavorazione laser di vetro nell'ambito del progetto.

Due dottorande, Lena Kruse e Ann-Katrin Schwenzer, stanno parallelamente portando avanti la loro ricerca nel campo della bioanalisi strumentale nel gruppo di Neusüß. "Anche gli studenti, in particolare quelli dei corsi di Scienze biofarmaceutiche, Ingegneria meccanica/produzione e Management e Optoelettronica, vengono avvicinati già nelle prime fasi del bachelor attraverso collaborazioni dirette in laboratorio con i dottorandi, introducendoli così ai temi più attuali della ricerca e alla metodologia scientifica", sottolineano i professori Neusüß e Riegel all'unisono.

"Il vetro è molto più adatto come sostituto del componente in plastica finora utilizzato, poiché è più resistente, meno soggetto a contaminazioni e quindi più durevole e sostenibile", descrive Funken. Con il laser, è possibile creare nel corpo in vetro strutture altamente precise, definite geometricamente, e microcanali. Inoltre, il laser può tagliare bordi netti e fori, e integrare elementi ottici nel corpo in vetro. Circa 500.000 euro, parte del finanziamento totale di circa due milioni di euro, saranno investiti nella ricerca sulla lavorazione laser presso l'LAZ, mentre altri 800.000 euro saranno destinati all'espansione delle attrezzature dell'Università di Aalen, ad esempio per acquistare uno spettrometro di massa a mobilità ionica (come mostrato nella foto) e un microscopio a scansione laser. Con lo spettrometro di massa a mobilità ionica si intende studiare, per la prima volta al mondo in combinazione con l'elettroforesi capillare, le differenze nella struttura spaziale delle proteine biofarmaceutiche. Questi due strumenti sono stati già installati e integrano l'attuale dotazione di strumenti, continuando a essere impiegati in progetti di ricerca futuri.