Um klarzumachen, was Nano-Strukturen aus DNA in Zukunft leisten können, müssen wir ein bisschen ins Gestern und Heute gucken, sagt Jean-Philippe Sobczak, CSO der Nanogami. Und holt etwas aus: Seit 50 Jahren gibt es eine Entwicklung hin zur immer genaueren Diagnose von Krankheiten: die molekulare Diagnostik. Antigen-Tests, die für so viele in letzter Zeit zur Lebensroutine geworden sind, stehen exemplarisch dafür: Man prüft, ob ein Antigen, also ein Molekül, im Körper vorhanden ist, um eine Krankheit zu diagnostizieren. Sobczak nennt das schon fortschrittlich, aber noch relativ unkompliziert. Denn eigentlich würde man sich gerne eine Riesenmenge von Molekülen gleichzeitig anschauen: Welche gibt es, und wie viel davon? Und dazu benötigt man Hochdurchsatz Technologien. Sogenannte Biochips können Hochdurchsatz-Molekular-Diagnostik möglich machen, und zwar so: Ein Biochip enthält Patienten-Proben mit vielen verschiedenen Molekülen. Der Chip wird in ein Lesegerät gesteckt, und das Gerät kann Milliarden von Sensoren auf dem Biochip parallel auslesen. So erfährt man, welche Moleküle vorhanden sind oder auch nicht. Und ob ein Patient angesteckt oder krank ist oder nicht. Mit den heutigen Biochip-Technologien molekularer Diagnostik kann man also schon viel über einen Patienten rausfinden. Viel mehr als vor 50 Jahren oder 20 Jahren. Aber noch lange nicht genug. Und auch nicht schnell und günstig genug.

DIE INNOVATION: SUPERFUNKTIONALE, EXAKT PROGRAMMIERBARE NANO-STRUKTUREN

Jean-Philippe Sobczak erklärt weiter: Wenn Sie heute zum Arzt gehen und eine Blutprobe abgeben, um verschiedene Stoffmengen im Blut bestimmen zu lassen, dann muss das erst in ein Labor geschickt werden, wird dort durch speziell ausgebildetes Personal und dann mit sehr teuren Lesegeräten verarbeitet. Die Daten werden dann zurückgeschickt an den Arzt, oftmals erst einige Tage nach der Probennahme. Und dabei können nur sehr wenige Arten von Molekülen analysiert werden. Warum ist das bisher alles so aufwändig? Grob zusammengefasst: Moleküle sind sehr klein. Die Geräte oder Maschinen, mit denen man sie analysiert und auswertet, auch die erwähnten Biochips, sind groß. Zu groß. Sie sind bisher nicht oder nur mit unverhältnismäßig immensem Aufwand in der Lage, einzelne Moleküle zu greifen und zu bearbeiten, zum Beispiel woanders zu platzieren, zu markieren usw. Das große Diagnostik-Problem lautet: Moleküle und Analyse-Maschinen passen nicht zusammen, sind nicht fein genug aufeinander abgestimmt.

Dieses Riesenproblem löst Nanogami mit seinen Nano-Strukturen bzw. -Maschinen aus DNA. Sobczak führt aus: Wir konstruieren sozusagen Schnittstellen: winzige Objekte, die einerseits groß genug sind, um sie gezielt in Halbleiterchips oder anderen Mikrosystemen einzubauen. Auf der anderen Seite sind unsere Objekte wiederum klein genug, um in ihnen wiederum gezielt einen Steckplatz für ein jeweils gewünschtes Zielmolekül einzubauen. Geradezu genial: Diese Steckerstrukturen setzen sich dann von selbst zusammen, so ähnlich wie biologische Systeme. Und zwar milliardenfach. Die Innovation ist also eine hochkomplexe, superfunktionale, exakt zweckmäßig programmierbare Nano-Struktur in der genau richtigen Zwischengröße. Diese Struktur wird dann in etwas Makroskopisches wie zum Beispiel einen Biochip integriert. So entsteht ein Chip, der Milliarden kleinster Maschinen enthält, die jeweils ganz bestimmte, vordefinierte Aufgaben erfüllen.

DAS WIRD DEN GESUNDHEITSMARKT REVOLUTIONIEREN

In naher Zukunft wird der Diagnose-Alltag deshalb so aussehen, ist sich Sobczak sicher: Menschen werden Gewebe- oder Flüssigkeitsproben nicht mehr zur Auswertung in ein Labor schicken, wo das x Millionen Euro teure Analysegerät steht, sondern das direkt beim Arzt oder sogar selber zu Hause erledigen. Schneller, günstiger, detaillierter, exakter. Kein Wunder, dass Nanogami vor allem von Lebenswissenschaften- und Pharma-Firmen, die komplizierte molekulare Diagnostik machen, starke Interesse-Signale empfängt: Man ist dort schon lange auf der Suche nach Lösungen der Einzelmolekül-Bearbeitung, um zum Beispiel die Protein-Zusammensetzung von Geweben und Körperflüssigkeiten besser verstehen zu können. Für Sobczak ist klar: Mit nano-basierter molekularer Diagnose werden dann auch wirklich maßgeschneiderte Therapien möglich. Bald wird man höchst persönliche, absolut individuelle Informationen schon in der Diagnose erkennen – und die Therapien exakt darauf abstimmen können. Das ist personalisierte Medizin, sagt Jean-Philippe Sobczak. Und wir sind schon ganz nah dran.

EIN TEAM VON NANO-EINGEWEIHTEN

Nanogami ist die 2022 gegründete SPRIND-Tochter. Dahinter steht eine Kooperation mit der tilibit GmbH, die neben Jean-Philippe Sobczak durch Prof. Hendrik Dietz gegründet wurde, eine der Koryphäen für Biomolekulare Nanotechnologie, der tilibit und Nanogami als wissenschaftlicher Berater beisteht. Ursprünglich war die tilibit GmbH als reiner Serviceprovider für einige wenige Unis und Organisationen tätig, die Bedarf an DNA-Nanostrukturen anmeldeten. Schnell wurde aber klar: In tilibit steckt viel mehr – und seine Ideen und Lösungen sind brennend interessant für eine Vielzahl von Kunden und Playern in diversen Märkten. Seit 2019 widmet sich Jean-Philippe Sobczak deshalb mit einem sorgfältig selektierten, multidisziplinären Team ausschließlich der Perfektionierung und Kommerzialisierung der Nano-Technologie. Unterstützt durch die SPRIND soll diese Entwicklung nun in Form der Nanogami auf die nächste Stufe gehoben werden.

Dieses Team von Nano-Eingeweihten hat viel vor in den nächsten Jahren. Sobczak drückt es nüchtern visionär aus: Unser Plan sieht so aus: Wir fangen einfach an. Der Fokus liegt erst mal darauf, einzelne Moleküle mit den Nano-Maschinen zu greifen und gezielt an bestimmten Orten in Biochips zu integrieren. Dann werden wir immer vielschichtiger. Die nächsten Schritte lauten konkret: Funktional immer komplexere Nano-Maschinen und Biochips bauen. Und diese dann an Computerchips koppeln. Denn wenn man es schafft, Nano-Maschinen mit digitalen Chips zu koppeln, werden ganz verrückte Sachen möglich. Dann kann tilibit weitere Märkte und Lebensbereiche revolutionieren. Etwa die Datenspeicherung. Oder die Herstellung von Quantencomputern. Oder die Schadstoffüberwachung in der Luft. Das Potential, das in nano steckt, ist gigantisch.

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