Wirkstofftestung an vitalen biologischen

„Wirkstofftestung an vitalen biologischen Krankheitsmodellen auf
Biosensoren“ (V5)
Prof. Dr. rer. nat. Andrea A. Robitzki
Biotechnologisch-Biomedizinisches Zentrum, Universität Leipzig
Kurzvita:
Prof. Dr. rer. nat. Andrea A. Robitzki wurde 2002 auf die Professur für Molekularbiologischbiochemische Prozesstechnik an die Universität Leipzig berufen und ist seit 2003 Direktorin
des Biotechnologisch-Biomedizinischen Zentrums. Zuvor hatte sie die Position einer
Abteilungsleiterin für den Bereich „Biohybride Systeme“ am Fraunhofer-Institut für
Biomedizinische Technik (IBMT) in St. Ingbert inne. Sie war u.a. auch am Aufbau der
Technologiefelder Biosensoren, mobile diagnostische und therapeutische Implantate und
Mikroelektroden-Arrays für die biomedizinische Anwendung im Fraunhofer-IBMT Technology
Center Hialeah (FTeCH) in Miami / Florida (USA) und in der Fraunhofer-IBMT Außenstelle
China in Shenzhen (FTECS) sowie Xiamen (FTECX) beteiligt.
Abstract:
„Wirkstofftestung an vitalen biologischen Krankheitsmodellen auf Biosensoren
– Innovative mikrotechnologische Ansätze in der Medikamentenentwicklung“
Die Anforderungen an Wirkstofftests für die Medikamentenentwicklung werden immer
komplexer und fordern innovative Entwicklungen für ein schnelles, sensitives
Hochdurchsatz-Screening. An dieser Stelle greift die Mikrosystem- und Sensortechnik in
Verbindung mit der Biologie. In den letzten Jahren ist es stetig gelungen seitens der
technischen Ausrichtung neuartige, diverse Mikroelektrodenstrukturen für Biosensoren zu
entwickeln, die vitale biologische Zellen und Gewebe in ihrem physiologischen Zustand,
ihren molekularen Eigenschaften und ihrem Verhalten in Gegenwart von bioaktiven
Wirkstoffen in Echtzeit und online aufzeichnen können.
Im Zuge der heute immer weiter fortschreitenden „stratifizierten“ oder „personalisierten“
Therapieansätze bedarf es auch immer genauerer, schnellerer Screening-Verfahren der
potenziellen Wirkstoffkandidaten z.B. zur Behandlung in der (a) Onkologie, (b) Neurologie
oder (c) der Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Die Verknüpfung solider biologischer
Krankheitsmodelle mit sensorischen Einheiten eröffnet eine neue Generation von
Testverfahren.
So konnten für Tumorgewebe bzw. -äquivalente bei Hautkrebs (z.B. Melanoma-Metastasen),
Brustkrebs (Mammakarzinoma) oder Gehirntumoren (Glioblastoma, Neuroblastoma) im Zuge
der Vorhersage der sogenannten Chemosensitivität oder -resistenz bzw. Wirkung von
Therapeutika sogenannte Mikrokavitäten-Elektroden-Arrays entwickelt und validiert werden.
Für den Hochdurchsatz ist es sogar gelungen den Biochip einem „Scale-up“ zu unterziehen
und Mikrotiterplatten-Kavitätenarrays mit 96 Positionen zu generieren. Das Messverfahren
zur Echtzeitdetektion des Tumormaterials bzw. des Wirkstoffeinflusses auf die Tumoren ist
die Impedanzspektroskopie d.h. das frequenzabhängige Messen des extrazellulären
Widerstandes der biologischen Objekte im Wechselstromfeld. Mit diesem Sensor wurden
Chemotherapeutika sowie neuartige Biopharmazeutika d.h. „Biologika“ auf Wirkung und
Nebenwirkungen geprüft. Darüber hinaus konnten aber auch neurodegenerative Prozesse
(„Morbus Alzheimer on Chip“) an vitalen Hirnkulturmodellen etabliert und in Echtzeit
gemessen werden. Zielstellung ist es stets die Dynamik und Kinetik von Wirkstoffen und ihre
Einflüsse im biologischen Krankheitsverlauf auf derartigen Biosensoren zu simulieren.