Wie MucBoost dem menschlichen Schleim ein evolutionäres Upgrade verpasst
Viren sind eine unberechenbare Bedrohung für die weltweite Gesundheit, für Wirtschaft und Gesellschaft - das wissen wir spätestens seit der SARS-CoV-2 Pandemie. Seit Beginn der Pandemie sind mehrere Millionen Tote zu beklagen. Noch immer fehlt es an wirksamen Therapeutika gegen SARS-CoV-2 und neu auftretende Varianten. Tatsache ist: Auch gegen viele anderen Viren gibt es bis heute keine Therapeutika. Potenzierende Viruslast, hohe Mutationsraten und limitierte Angriffspunkte sind Viren inhärent, machen sie zu wahren „Überlebenskünstlern“ und stellen hohe Anforderungen an die Wirkstoffentwicklung. Das große Verlangen die Pandemie zu überwinden, verhalf neuen Technologien auf der Basis von mRNA und ebenso neuen Wegen in der drug delivery zum schnellen Durchbruch in der Impfstoffentwicklung - entgegen den Erwartungen vieler Experten.
Analog dazu braucht es Durchbrüche in der antivirale Wirkstoffentwicklung. Es braucht hochinnovative Ansätze, die eine Bekämpfung von viralen Infektionen ermöglichen. Deswegen unterstützt die SPRIND mit dieser Challenge neue technologische Ansätze für Sprunginnovationen zur Bekämpfung von viralen Infektionen.
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Ziel der Challenge: Neue Ansätze für die Wirkstoffentwicklung antiviraler Therapeutika
Ziel der Challenge ist es mit bahnbrechenden Technologien das Repertoire an antiviralen Therapeutika zu erweitern, damit in Zukunft neue Behandlungsmöglichkeiten zur Auswahl stehen und Patient:innen schnell geholfen werden kann. Die Challenge Teams entwickeln Ansätze für Breitbandvirostatika und Plattformtechnologien zur schnellen Entwicklung antiviraler Wirkstoffe. Am Ende der Challenge soll der aus dem Lösungsansatz hervorgegangene Wirkstoff in einem der Entwicklungsstufe angepassten Proof of Concept getestet werden.
CRISPR/CAS13
Team CRISPR antivirals nutzt das antivirale CRISPR/Cas-Abwehrsystem, das in Millionen von Jahren der Evolution von Bakterien perfektioniert wurde, um die Vermehrung und die zytopathischen Wirkungen von RNA-Viren wie SARS-CoV-2 durch Spaltung ihres viralen Genoms und ihrer mRNA zu blockieren.
iGUARD platform
Das iGUARD-Team entwickelt molekulare Therapeutika der nächsten Generation auf RNAi-Basis gegen Atemwegsviren und nutzt dabei maschinelles Lernen zur automatischen Identifizierung von Zielstrukturen sowie eine optimierte Vektorplattform für die Verabreichung und präklinische Validierung in humanen, patientenrelevanten Modellen.
Virustrap
Das Team Virustrap nutzt die DNA-Origami-Technologie, um Fallen für Viren im Nanomaßstab zu bauen.
MucBoost
Das Team MucBoost entwickelt ein Upgrade gegen Krankheitserreger: zur Verstärkung der antiviralen Wirksamkeit von Schleim.
Die Teilnahme an der Challenge fordert die Teams voll und ganz. Wir begleiten und fördern Sie deshalb intensiv und individuell. Dazu gehört die Finanzierung der Teams genauso wie eine individuelle Betreuung durch eine:n Challenge Coach:in, der:die einschlägige Erfahrung im Challenge-Bereich hat und selbst schon Innovationen mit hohem Impact umgesetzt hat.
Im ersten Jahr der Challenge hat die SPRIND die Arbeit der Teams bereits mit bis zu 700.000 Euro finanziert, im zweiten Jahr mit bis zu 1,5 Millionen Euro sowie im laufenden dritten Jahr mit bis zu 2,5 Millionen Euro. Damit sich die Teams voll und ganz auf ihre Innovationen konzentrieren können, finanzieren wir schnell und unbürokratisch.
Noch einen Schritt weiter gedacht: Ideen mit dem Potential für Sprunginnovationen müssen in den Markt gebracht werden, um Patient:innen zugute zu kommen. Deswegen unterstützt die SPRIND Projekte mit Sprunginnovationspotential auch nach Ende der Challenge weiter.
Im Oktober 2023 hat die Expertenjury im Auftrag der SPRIND die Teilnehmer für die dritte und letzte Stufe der Challenge "Broad-Spectrum Antivirals" ausgewählt. Vier Teams erhalten für die kommenden zwölf Monate jeweils bis zu 2,5 Millionen Euro für die Weiterentwicklung ihrer radikal neuen Wirkstoffe gegen virale Krankheiten.
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Science-Youtuber Jacob Beautemps stellt bei Breaking Lab die sechs Challenge-Teams der 2. Stufe vor
Revolution in der Medizin? Jacob Beautemps schaut sich die CRISPR CAS Technologie genauer an
Unsere Jury aus Wissenschaftler:innen und Science Entrepreneurs wählt unter allen Bewerbungen die Teams aus, die das Zeug dazu haben, Sprunginnovationen umzusetzen.
Joachim Spatz
Karin Mölling
Detlev Riesner
Nikolaus Rajewsky
Manfred Schubert-Zsilavecz
Holger Reithinger
vom 28.02.2022
Was ist eine „Innovation Challenge“? Welche Rolle spielen dabei Wettbewerb und Kooperation? Und worum geht es bei den aktuellen Challenges der SPRIND? Unser Host Thomas Ramge fragt: Dr. Diane Seimetz, Mitgründerin von Biopharma Excellence und Innovationscoach, sowie Dr. Jano Costard, Challenge Officer der Bundesagentur für Sprunginnovationen
Sie haben weitere Fragen?
Wenn Sie Fragen oder Anregungen haben, können Sie uns gerne unter challenge@sprind.org kontaktieren.
Was andere vielleicht erstmal eklig finden, findet Prof. Dr. Daniel Lauster faszinierend: Schleim. Gut zwei Liter Schleim, auch Mucus genannt, produziert unser Körper täglich neu. Als erste innere Verteidigungslinie des Körpers fängt er ständig Krankheitserreger für uns ab. Doch manche Viren lassen sich von der Schleimbarriere nicht aufhalten und infizieren uns. Das will der Biophysiker Daniel Lauster ändern, indem er die natürliche Schutzfunktion des Schleims stärkt.
“Wenn wir die Schwachstellen des Schleims mit virusbindenden Eiweißmolekülen auffüllen, können wir dem Schleim ein evolutionäres Upgrade verpassen”, erklärt der Leiter des MucBoost-Teams. Konkret kann man sich die Eiweißmoleküle als kleine Verbindungselemente vorstellen: Mit dem einen Ende verankern sie sich im Schleim, mit dem anderen Ende docken sie an ein Virus an. Klebt das Virus dann erfolgreich an einem Schleim-Anker, wird es zusammen mit dem Mucus über die Bewegung der Flimmerhärchen auf der Schleimhaut bis in den Rachen und von dort in den Magen abtransportiert, wo die Magensäure es zerstört.
“Wenn wir die Schwachstellen des Schleims mit virusbindenden Eiweißmolekülen auffüllen, können wir dem Schleim ein evolutionäres Upgrade verpassen”, erklärt der Leiter des MucBoost-Teams. Konkret kann man sich die Eiweißmoleküle als kleine Verbindungselemente vorstellen: Mit dem einen Ende verankern sie sich im Schleim, mit dem anderen Ende docken sie an ein Virus an. Klebt das Virus dann erfolgreich an einem Schleim-Anker, wird es zusammen mit dem Mucus über die Bewegung der Flimmerhärchen auf der Schleimhaut bis in den Rachen und von dort in den Magen abtransportiert, wo die Magensäure es zerstört.
Durch das modulare Konzept ist es möglich, sehr spezifisch auf ein neues Virus zu reagieren. Das MucBoost-Nasenspray kann aber auch als Breitbandtherapeutikum eingesetzt werden. “Für uns sind konservierte Regionen – das sind Regionen, die trotz Evolution bei vielen Viren bislang gleich geblieben sind – besonders interessant. Unser Influenza-Binder bindet daher nahe der Sialinsäure-Bindungsstelle. Sie ist ziemlich gut konserviert, weil Viren immer an Sialinsäure binden müssen, um in die Zelle zu gelangen”, sagt Lauster. Erste Laborversuche zeigen, dass das Konzept aufgeht: “Wir können an mehrere Stämme des saisonalen Grippevirus H3N2 binden, ebenso an H1N1 und an den Vogelgrippestamm H7N1”.
Als Daniel Lauster vor eineinhalb Jahren in die Broad-Spectrum Antivirals Challenge der SPRIND startete, war die Corona-Pandemie im vollen Gange, weshalb sich das MucBoost-Team zunächst auf die Entwicklung eines Nasensprays gegen SARS-CoV-2 konzentrierte. Mittlerweile ist das Team auf die Bekämpfung von Influenza-Viren umgeschwenkt. Grundsätzlich lässt sich das MucBoost-Konzept aber auf viele – auch noch unbekannte – Virustypen übertragen.
Denn sobald die viralen Oberflächenproteine - auch Spikeproteine genannt- biotechnologisch hergestellt werden können, kann die Suche nach einem passenden Virus-Adapter beginnen: “Wir drucken auf eine Oberfläche verschiedene Peptidvarianten und schauen dann, woran das Virus bzw. dessen Spike, das uns interessiert, am besten bindet”, erläutert Lauster, der die Binder auf molekularer Ebene identifiziert. “Ich bin ein großer Fan davon, antivirale Moleküle mithilfe von biophysikalischen Methoden zu entwickeln, weil man mit einer sehr hohen Auflösung darstellen kann, was wirklich passiert.”
Denn sobald die viralen Oberflächenproteine - auch Spikeproteine genannt- biotechnologisch hergestellt werden können, kann die Suche nach einem passenden Virus-Adapter beginnen: “Wir drucken auf eine Oberfläche verschiedene Peptidvarianten und schauen dann, woran das Virus bzw. dessen Spike, das uns interessiert, am besten bindet”, erläutert Lauster, der die Binder auf molekularer Ebene identifiziert. “Ich bin ein großer Fan davon, antivirale Moleküle mithilfe von biophysikalischen Methoden zu entwickeln, weil man mit einer sehr hohen Auflösung darstellen kann, was wirklich passiert.”
Während andere sich mit Grundlagenforschung beschäftigen, reizt Daniel Lauster etwas anderes: “Ich möchte keine exotischen Strukturen kreieren, die man eventuell nur publizieren kann. Ich will etwas entwickeln, was praktisch anwendbar ist, um es für den Menschen nutzbar zu machen.”
Das Nasenspray, das demnächst erste Tierstudien durchlaufen wird, könnte direkt auf zwei verschiedene Weisen nutzbar sein: Da es die Viruskonzentration reduziert, könnte es bei frisch Erkrankten für einen abgeschwächten Krankheitsverlauf sorgen, zum anderen könnte es aber auch präventiv verwendet werden. “Also ich sehe es als Ergänzung zu einer Maske. Wir nennen es deswegen auch die unsichtbare Maske, weil es eben Situationen gibt, wo man keine Maske tragen kann, zum Beispiel beim Essen und Trinken”, erklärt Lauster seine Vision. Die krankmachenden Viren würden beim Kontakt mit dem Mucus durch MucBoost direkt herausgefiltert werden, was eine Ansteckung verhindert.
Das Nasenspray, das demnächst erste Tierstudien durchlaufen wird, könnte direkt auf zwei verschiedene Weisen nutzbar sein: Da es die Viruskonzentration reduziert, könnte es bei frisch Erkrankten für einen abgeschwächten Krankheitsverlauf sorgen, zum anderen könnte es aber auch präventiv verwendet werden. “Also ich sehe es als Ergänzung zu einer Maske. Wir nennen es deswegen auch die unsichtbare Maske, weil es eben Situationen gibt, wo man keine Maske tragen kann, zum Beispiel beim Essen und Trinken”, erklärt Lauster seine Vision. Die krankmachenden Viren würden beim Kontakt mit dem Mucus durch MucBoost direkt herausgefiltert werden, was eine Ansteckung verhindert.
Daniel Lauster hat sich ganz dem Thema Schleim verschrieben. Während es bei MucBoost darum geht, die Wirksamkeit des Schleims zu erhöhen, sucht er in einem anderen Forschungsprojekt (MucPep) nach Möglichkeiten, den Schleim zu reduzieren – zum Beispiel bei der bislang unheilbaren Krankheit Mukoviszidose. Aber nicht nur der Mucus der Lunge interessiert ihn: ”Wir haben in unserem Körper circa 200 Quadratmeter Schleimoberfläche, die Zusammensetzung des Schleims ist aber je nach Gewebe unterschiedlich.” Gut möglich, dass MucBoost künftig auch in anderen Schleimregionen – wie dem Darm – Anwendung finden könnte. “Man kann unseren Schleimbinder entsprechend anpassen. Er ist bereits stabil bei Körpertemperaturen und kann auch die Magenpassage überstehen.” Eine orale Therapie gegen Darmviren oder bakterielle Toxine wäre folglich denkbar.
“Ich möchte keine exotischen Strukturen kreieren, die man eventuell nur publizieren kann. Ich will etwas entwickeln, was praktisch anwendbar ist, um es für den Menschen nutzbar zu machen.”
Langeweile kommt bei Daniel Lauster also nicht auf. Auch weil der 38-Jährige nicht nur seit Mai 2023 Juniorprofessor für Biopharmazeutika am Institut für Pharmazie der FU Berlin ist, sondern weil er zeitgleich selbst noch studiert. Nebenher zu seiner Doktorarbeit in Experimenteller Biophysik, begann er zusätzlich mit einem Medizinstudium. “Wenn man sich wirklich der Wissenschaft widmet, muss man mit vollem Einsatz dabei sein. Man muss intrinsisch motiviert sein, sonst wird das nichts”, erklärt er und fügt hinzu: “Aber das Schöne ist, wenn die Ideen funktionieren. Translationale Forschung, ist das, was mich begeistert, weil ich glaube, dass ich den Erfolg meiner Forschung selbst erleben werde und man auch etwas Gutes für die Gesellschaft tut.”
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