Wissenschaftler, die an neuen Medikamenten forschen, haben ein
klares Ziel vor Augen: Sie wollen Therapien entwickeln, die den
Verlauf von Erkrankungen beim Menschen positiv beeinflussen können.
Das Ergebnis kann ein Arzneimittel sein, das die Symptome einer
Erkrankung lindert, ihr Fortschreiten stoppt oder sogar zur
vollständigen Heilung führt. Im Idealfall wirken diese Medikamente
gezielt nur dort, wo sie gebraucht werden, um die Nebenwirkungen auf
ein Minimum zu reduzieren.

Krankheiten zielgerichtet bekämpfen

Im Bereich „Protein Engineering“ suchen Wissenschaftler nach
Medikamenten, die Krankheiten äußerst zielgerichtet bekämpfen. Dazu
entwerfen sie Proteine – etwa Antikörper oder Enzyme – mit neuen
Eigenschaften und Funktionen, die in die Krankheitsabläufe eingreifen
können.

Proteine sind Eiweißmoleküle, die vom Körper gebildet werden und
dort vielfältige Aufgaben erfüllen. Enzyme zerlegen zum Beispiel
Nahrungsbestandteile wie Fette und Zucker oder machen Giftstoffe wie
Alkohol unschädlich. Antikörper binden hochspezifisch
Krankheitserreger und sorgen für deren Vernichtung durch das
Immunsystem.

Diese Eigenschaften macht man sich beim Protein Engineering
zunutze. Das Ziel: Proteine zu entwerfen oder so zu verändern, damit
deren Eigenschaften gegen bestimmte Zielstrukturen, sogenannte
„Targets“, der Krankheit genutzt werden können, um so den
Krankheitsverlauf positiv zu verändern.

Ein Target kann beispielsweise auf der Oberfläche einer Krebszelle
sitzen oder als Botenstoff im Körper Entzündungsreaktionen
hervorrufen und durch das richtige therapeutische Protein direkt
unschädlich gemacht oder zur Zerstörung markiert werden.

Was heißt es, ein Protein zu „entwerfen“ und wie funktioniert das?

Fünf einfache Schritte zeigen den Weg zur Entwicklung von
therapeutischen Proteinen und wie Protein Engineering funktioniert.

SCHRITT 1: Targets identifizieren

Das Forscherteam arbeitet eng mit Krankheitsexperten und
Medizinern zusammen, um die Entstehung und den Verlauf einer
Erkrankung zu verstehen und Targets zu identifizieren, die sich als
Angriffspunkt für neuartige Medikamente eignen. Daraus entsteht die
Idee für ein mögliches Protein Design. Dazu analysieren die Forscher
das Target genau, um herauszufinden, wie sie den Bauplan des Proteins
verändern müssen, damit es mit dem Target interagieren und sich so
positiv auf die Krankheitsabläufe im Körper auswirken kann.

SCHRITT 2: Das Design

Mit diesem Wissen beginnen die Wissenschaftler mit dem Design.
Dabei versuchen sie, Proteine ausfindig zu machen, zu entwickeln oder
zu verändern, die in der Lage sind, an das Target zu binden, um es zu
hemmen, zu aktivieren oder zu zerstören.

SCHRITT 3: Die Interaktion

Je nachdem, welche Eigenschaften das Target aufweist, müssen die
Wissenschaftler einen geeigneten Ansatz finden, damit das entworfene
Protein daran binden oder damit interagieren kann. Dabei stehen ihnen
verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. Zum Beispiel:

– Antikörper-Wirkstoff-Konjugat:
Ein Antikörper, also ein Protein, kann so verändert werden, dass er
gezielt an das Target bindet. Verknüpft man den Antikörper mit einem
weiteren Medikament, transportiert er dieses präzise zu dem Ort, an
dem es wirken soll. Das kann beispielsweise eine Krebszelle sein, die
sich so gezielt zerstören lässt, ohne das umliegende Gewebe zu
schädigen.

– Bispezifische Antikörper:
Bindet ein Antikörper gleich an zwei unterschiedliche Targets,
bezeichnet man ihn als bispezifischen Antikörper. Durch das Binden
mehrerer Targets ergeben sich vielfältige Optionen, um in den
Krankheitsverlauf einzugreifen.

SCHRITT 4: Analyse

Haben die Wissenschaftler geeignete Protein Designs identifiziert,
führen sie daraufhin eingehende Untersuchungen und Experimente durch,
um mehr über die Proteine zu erfahren, die sie entworfen und
hergestellt haben. Ziel ist es, ein Protein zu identifizieren, das
über alle wichtigen Eigenschaften verfügt, die für die gewünschte
krankheitsmodifizierende Wirkung beim Menschen erforderlich sind.
Sind die Wissenschaftler erfolgreich, beginnen umfangreiche Tests, um
die Sicherheit des potenziellen neuen Arzneimittels zu prüfen, bevor
es beim Menschen eingesetzt werden darf.

SCHRITT 5: Wirksamkeit und Sicherheit testen

Sobald das Protein alle erforderlichen Tests erfolgreich
durchlaufen hat, wird mit sogenannten klinischen Studien begonnen.
Hier wird nicht nur geprüft, ob das Protein als Medikament auch
wirkungsvoll und verträglich ist, sondern auch in welcher
Darreichungsform und Dosis es zukünftig beim Menschen eingesetzt
werden sollte. Diese Studien sind in drei Phasen aufgeteilt und
dauern mehrere Jahre. Sind sie erfolgreich, erhält das Medikament die
Marktzulassung und kann fortan verschrieben werden.

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