Bern Präsentation VHS-MH
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Versprechungen: Nanomedizin – Nanopharmazie – Nanodiagnostik Die Nanotechnologie eröffnet als eine der wichtigsten Zukunftstechnologien der Medizin, Pharmazie und Diagnostik ungeahnte Möglichkeiten. Die medizinische Analytik wird schneller, effizienter und kommt mit kleineren Probenmengen aus - Patienten orientierte Diagnostik [„lab-on-a-chip“] Nanopartikeln transportieren Wirkstoffe zu krankem Gewebe - optimierte Therapie mit weniger medikamentösen Nebenwirkungen [„drug delivery“] Nanopartikel erhitzen Krebsgewebe und führen zum Absterben der Krebszellen (Hyperthermie) Nanostrukturierte Oberflächen und Konstrukte dienen als Gerüst für neue Gewebe/Organe (tissue engineering) Nanopartikel dienen der Manipulation intrazellulärer Vorgänge (theragnostic) 1 Europäische „Nano“ - Forschung im Dienste des Patienten Dr. Ing. Margarethe Hofmann-Amtenbrink MatSearch Consulting Hofmann, Pully Wissenschaftliche Koordination EU Projekt NanoDiaRA Bern, 19. November 2011 4 3 4 • Sie findet auf verschiedenen Niveaus statt, vom Gewebe zu den Zellen und selbst in den Zellen • Die Verteilung der NP im Körper hängt von den physikalisch – chemischen Eigenschaften des Nanoträgers ab. • Nanopartikel (NP) bestehen z.B. aus Lipiden , Polymeren oder inorganischen Materialien (Z.B. Gold, Eisenoxid), die in spezielle Strukturen zusammengeführt werden. Nanotechnologie und Therapie Beispiel: Gold, Eisenoxid mit Polymermantel • Die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Medikamenten weisen sehr selten Durchgängigkeit für biologischenzymatische Schranken auf. • Transport im Nanobereich < µm ist ~70x kleiner als ein rotes Blutköperchen Nature Reviews/Neurosciences Ansichten zur Nanomedizin Nanomedizin trägt zur Anwendung von effektiven, sicheren und bezahlbaren Behandlungen von Patienten bei. Nanomedizin nutzt flexible und multifunktionale Ansätze, Technologien und Instrumente, die auf Nanowissenschaften basieren und nutzt die spezifischen Eigenschaften im Bereich der Nanowelt. Nanomedizin trägt zu einem nachhaltigen ökonomischen Wachstum durch die Verbesserung des Gesundheitswesens bei Nanomedizin erlaubt Ärzten Krankheiten auf zellulärer und molekularer Ebene behandeln – also dort wo die Krankheit beginnt, und nicht wie bisher Methoden zu nutzen die auf den ganzen Körper einwirken. 6 5 Polymere Nanotransporter die mit Antikörpern an die entsprechenden Tumorzellen binden und dann aus ihrem Innern die Arznei an den Tumor abgeben NANOTHER: Diagnose und Therapie von Brustkrebs, Dickdramkrebs und Knochenmethastasen 44 Millionen Europäer leiden unter Hörverlustmillion, 40000 von ihnen sind taub: Nanopartikel sollen auf spezifische Zellpopulationen im Innerohr zielen und dort ihre Arznei abgeben . Entwickelt werden 8 Nanopartikel Klassen die mit Arznei, Genen oder spezifischen Molekülen ausgerüstet sind. NANOEAR: Entwicklung von Therapien für Krankheiten des Ohrs Beispiele für Europäische Projekte NANODIARA: Nanobasierte Frühdiagnose von Rheumatoider Arthritis (RA) und Arthrose (OA) Die USA schätzen die jährlichen Kosten für die Arthritis im Jahr 2020 auf ca. 100 Milliarden CHF. Das Projekt will superparamagnetische Nanopartikel (SPION) entwickeln, um mithilfe der Magnetresonanztomographie und Test mit Biomarkern im Blut und im Urin früher die notwendigen Diagnosen bei RA und OA zu ermöglichen. NanoDiagnostic/Therapie in Europa Nanotechnologie in der Anwendung 8 Anwendungsfelder für Nanotechnologieforschung in den nächsten 5 bis 10 Jahren und Marktchancen bis 2020 Quelle: nano.DE-Report 2011, Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)Referat Neue Werkstoffe; Nanotechnologie,Bonn (D) IuK = Information&Kommunikation Nanomedizin in der Schweiz Nanocarrier, Sensoren Nanocarrier, Sensoren, Diagnostik, Toxizität Toxizität, Hyperthermie Oberflächen, Proteine Toxizität, Sensoren 10 9 „customized drug design“ Wirkstoffanpassung „targeted drug delivery“ Gezielte Verabreichung Personalisierte Medizin (PM) Analyse Diagnose „lab-on-a-chip“ Aufgaben: Kontrolle der Teichengrösse, Oberfläche und der Abgabe der Arznei auf dem Weg zum und am Krankheitsherd. Abbau der Nanoteilchen und der Arznei, sobald Diagnose bzw. Therapie abgeschlossen sind Ziel: Entwicklung von NanopartikelSystemen für Diagnose und Therapie Stabilität der Nanopartikel, vorgegebene Eigenschaften der Arznei (Stabilität bzw. Löslichkeit in wässrigen Flüssigkeiten, Oberflächenladung, Bioabbau- Kompatibilität, Toxizität, Arzneimittelangabe mit möglichst geringen Nebenwirkungen, Antigenität (Immunreaktion). 12 Gezielte Verabreichung IncaTrace „targeted drug delivery“ Fluorescent Microspots “customized drug design“ Wirkstoffdesign Immun-Test Technologie Analyse „lab-on-a-chip“ IncaSlide www.arrayon.com IncaArray Bioanalytics kombiniert eine Vielzahl von Protein Analysen, die z.B. quantitativ Arthritis Biomarker in Serum, Urin etc. messen und nutzen die Mikrofluidik und SPION um noch sensitiver zu sein. Analyse Diagnose „customized drug design” Wirkstoffanpassung „targeted drug delivery“ Gezielte Verabreichung Beispiel für Personalisierte Medizin „lab-on-a-chip“ Eisenoxid Nanopartikel (SPION) als Werkzeug für PM Analyse: SPION werden als Kontrastmittel für Magnetresonanzuntersuchungen mithilfe von Makrophagen (Fresszellen) an den Entzündungsherd gebracht und erhöhen dort die Sensibilität und Sichtbarkeit der Aufnahmen von Geweben. In Proben von Geweben, Urin, Blutserum etc. können SPION aufgrund ihrer Oberflächen Proteine absorbieren und frühzeitig solche erkennen, die z.B. der RA zugeordnet werden können. Wirkstoffanpassung: Durch die genaue Kenntnisse der Zellbiologie vor Ort, können die richtigen Medikamente ausgesucht werden bzw die optimale kombinationen erstellt werden Gezielte Verabreichung: Anbindung eines Arzneimittels an die SPION. Feststellung des Fortschritts der Therapie mit gleichen Methoden 14 14 13 “customized drug design“ Wirkstoffdesign „targeted drug delivery“ Gezielte Verabreichung SPION in der Diagnose von Infarkten Analyse „lab-on-a-chip“ Mithilfe von SPION kann der induzierte Infarkt (oben), der sich über die Zeit entwickelt, sehr gut verfolgt werden. Ohne Zusatz von SPION (unten) sieht der Radiologe keine Veränderung auf dem Magnetresonanzbild. Bei Kenntnis von Biomarkern kann man diese auch noch mit den SPION verbinden und noch spezifischer dedektieren. Quelle: Universität Genf, Prof. Xavier Montet Bildgebende Verfahren Wirkstoffdesign „targeted drug delivery“ Gezielte Verabreichung Beispiel Rheumatoide Arthritis (RA) Analyse “customized drug design“ Zukünftiger Anspruch an die Nanodiagnostik: Kriterien zur Feststellung von RA (geschwollene Gelenke, Morgensteifigkeit, erhöhte Blutsenkungsgeschwindigkeit, Rheumafaktoren) dazu Radiologie Heute: „lab-on-a-chip“ Frühzeitige Erkennung von Entzündungen am oder im Gelenk mithilfe von superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln (SPION) als Kontrastmittel. 16 “customized drug design“ Wirkstoffdesign „targeted drug delivery“ Gezielte Verabreichung Diagnose und Therapie mit Ultraschall Analyse „lab-on-a-chip“ Ultraschallwellen werden bereits in der Diagnostik eingesetzt. Philips entwickelt u.a. im Projekt Sonodrugs. eine Kombination von Diagnose und einer lokalisierten Arzneimittelabgabe für Tumore Partiell mit Gas und einem Arzneimittel gefüllte Mikrobläschen (ca. Grösse der roten Blutkörperchen) zeigen im Ultraschall an wo sie hinwandern und wenn sie im Tumor sind, zerstört sie ein stärkerer Ultraschallimpuls und die Arznei wird frei. http://www.research.philips.com/newscenter/pictures/090127-microbubbles-pict.html “customized drug design“ Wirkstoffdesign „targeted drug delivery“ Gezielte Verabreichung Erhöhte Effizienz eines Arzneimittels bei weniger Nebeneffekten 15 Analyse „lab-on-a-chip“ Der Grossteil der auf dem Markt befindlichen Arzneimittel nutzen Proteinmoleküle als Zielstruktur. Von 21 000 in den USA registrierten Arzneimittel sind nur 1357 einzigartig, davon basieren 1204 auf sogenannten “kleinen Molekülen”, 166 sind “biologischer” Natur. Biomarker ermöglichen die Charakterisierung von Patientenpopulationen und helfen bei der Aussage welcher Prozentsatz einer Population auf die Arznei ansprechen wird. Damit soll die Effizienz eines Arzneimittels erhöht werden, speziell in Gebieten wie Krebs oder neurodegenerativen Krankheiten. 18 Risiken Die Entwicklung und Erprobung von Produkten in “NanoDiagnostik” und “Nanomedizin” findet unter der Aufsicht der European Medicines Agency statt. Methoden sind ähnlich denen von Arzneimittel, werden aber den Nanopartikel-basierten Produkten angepasst. Langzeituntersuchungen fehlen noch, bei Lipidbasierten Entwicklungen hat man jedoch mehr als 30 Jahre Erfahrung. Kombinierte Produkte (Diagnostik & Therapie) weisen Probleme bei Zertifizierung auf Risiken müssen im Entwicklungsstadium diskutiert werden, liegen aber auch auf gesellschaftlicher Ebene, z.B. : Welche Auswirkung hat eine Frühdiagnose auf den Patienten (Karierre, Arbeitgeber, Versicherung?) Gezielte Verabreichung „targeted drug delivery“ Ca 15 nm grosse Magnetpartikel mit Aminosilan-Beschichtung sind in Wasser sehr fein verteilt (kolloidale Dispersion). Diese Lösung wird mit einer Spritze nahe dem Tumor appliziert und durch den Magnetwechselfeldapplikator wird Wärme erzeugt, die die Tumorzellen abtötet. “customized drug design“ Wirkstoffdesign Therapie mit Wärme (Hyperthermie) Analyse „lab-on-a-chip“ http://www.magforce.de 19 Im Namen des NanoDiaRA Teams danke ich für Ihre Aufmerksamkeit. Das Projekt NanoDiaRA ist ein Forschungsprojekt mit 15 Partnern im FP7 Rahmenprogramm Europas. Das Projekt hat 7 Partner aus der Schweiz. Nanomedizin in der Pipeline - Bayer, Endorem, Feridex – Guerbet Hyperthermie mit SPION Claviavist/Resovist Diagnostik mit SPION Metastatische und/oder kompakte Tumore: Pankreas, Magen/Darm Tumore, Brustkrebs etc. Doxorubicin, Paclitaxel, Camptothecin, etc. Klinische Phase I – III Beispiele Mizellen, Liposome, Polymerpartikel Magforce, Berlin - Gehirntumore Phase I – III Klinische