Wie ein Milchbestandteil eine der größten Herausforderungen bei der Behandlung von Krebs & Co. lösen könnte
Startup aus Nebraska will Nanopartikel aus der Milch nutzen, um Therapeutika gezielt an bestimmte Zellen zu bringen
Zwei Forscher aus Nebraska haben ein Start-up-Unternehmen gegründet, das eine innovative Methode zur Bereitstellung von Therapeutika, Genbearbeitungswerkzeugen, Plasmiden und mehr an bestimmten Stellen im menschlichen Körper auf den Markt bringen will.
Minovacca, das kürzlich von Janos Zempleni und Jiantao Guo gegründet wurde, wird die Verwendung von universellen Milchexosomen - natürliche, in der Milch enthaltene Nanopartikel - vermarkten, um Fracht zu menschlichen Zellen zu transportieren. Die Forscher nutzen Techniken der bioorthogonalen Chemie, um die Exosomen chemisch und gentechnisch so zu verändern, dass sie zielgerichtet eingesetzt werden können. NUtech Ventures, das gemeinnützige Kommerzialisierungsunternehmen der Universität, hat ein Patent für diese Technologie angemeldet.
Die Flexibilität der Technologie bedeutet, dass sie sowohl zur Behandlung häufiger als auch seltener Krankheiten eingesetzt werden könnte - ein potenzieller Segen für die Gemeinschaften seltener Krankheiten, die aufgrund der relativ kleinen Patientenbasis Schwierigkeiten haben, Forschungsmittel zu erhalten.
"Weil unsere Technologie so vielseitig ist, sind wir nicht auf eine bestimmte seltene Krankheit beschränkt. Wir können dieselbe Technologie für eine große Anzahl von seltenen Krankheiten einsetzen", sagte Zempleni, Willa Cather Professor für Ernährungs- und Gesundheitswissenschaften. "Die Gruppen für seltene Krankheiten sind so dankbar, dass es vielleicht ein Licht am Ende des Tunnels gibt."
Die Markteinführung des Unternehmens ist der Höhepunkt jahrelanger Forschung an der University of Nebraska-Lincoln, die zunächst die Lebensfähigkeit und Sicherheit von Milchexosomen als Transportmechanismus nachwies und dann die gentechnischen und bioorthogonalen chemischen Verfahren einführte, die eine gezielte Verabreichung ermöglichen. Zempleni schreibt die Finanzierung durch das National Institute of Food and Agriculture des US-Landwirtschaftsministeriums (Programm A1511 Nanotechnology for Agricultural and Food Systems), die Targeted Genome Editor Delivery Challenge der National Institutes of Health und den Syngap Research Fund für den Fortschritt der Forschung an.
Minovacca arbeitet daran, die Technologie über NUtech Ventures zu lizenzieren, und Zempleni hat einen CEO mit Erfahrung in der Pharmaindustrie eingestellt. Minovacca hat Büroräume auf dem Nebraska Innovation Campus erworben und plant, seine Einrichtungen zu erweitern, nachdem es Investoren gefunden hat.
Das Unternehmen wird Husker-Studenten Beschäftigungsmöglichkeiten in der Pharmabranche eröffnen. Minovacca plant, Studenten aus Nebraska einzustellen, deren Arbeit das Unternehmen auf einen wichtigen Meilenstein hinführen wird: die Einreichung eines Antrags auf Zulassung eines neuen Arzneimittels bei der US-Lebensmittel- und Arzneimittelbehörde (FDA), d. h. ein formeller Antrag auf Verabreichung eines Arzneimittels oder Bioprodukts an Menschen.
Die programmierbaren Milchexosomen von Minovacca stellen einen großen Fortschritt gegenüber bestehenden Ansätzen dar, da sie eine gezielte Verabreichung von Therapeutika mit einem noch nie dagewesenen Maß an Wirksamkeit und Spezifität ermöglichen. Zempleni wies zunächst die Sicherheit und Skalierbarkeit der Milchexosomen nach und entwickelte Genetikprotokolle für die Herstellung programmierbarer Milchexosomen. Dann holte er Guo, Professor für Chemie, an Bord, um eine Strategie zu entwickeln, mit der die Exosomen je nach Krankheit auf bestimmte Zellen gelenkt werden können.
Ihr Ansatz besteht darin, drei Peptide - kurze Aminosäureketten - an der Membran jedes Exosoms anzubringen. Eines davon ist ein Homing-Peptid, das das Exosom an eine bestimmte Stelle im Körper binden soll. Ein anderes ist ein "Friss mich nicht"-Peptid, das biochemische Signale sendet, die es dem Exosom ermöglichen, die Zerstörung durch Makrophagen zu verhindern. Das letzte ist ein Retrofusionspeptid, das die Überlebensfähigkeit des Exosoms stärkt, sobald es in die Zielzellen gelangt.
Zempleni und Guo entwickelten einen neuen Ansatz zur Verankerung der Peptide an der Exosomenmembran. Der traditionelle Ansatz besteht in der Verwendung von Lipidankern, die sich jedoch ablösen, wenn sie von anderen lipophilen Verbindungen im Körper angezogen werden. Um dies zu verhindern, schuf das Team Andockstellen in einem Membranprotein namens CD81, das fest mit dem Exosom verankert ist.
Guo verwendete bioorthogonale Chemieansätze, um stabile, kovalente Verbindungen zwischen den Andockstellen und den Peptiden herzustellen. Das Anheftungsschema verleiht der Exosomenstruktur Stabilität und Einheitlichkeit, was die kommerzielle Verwertbarkeit von Therapeutika auf der Basis von Milchexosomen erhöht.
"Die Gewährleistung dieser homogenen Struktur wird es der FDA ermöglichen, zu sehen, dass die Exosomen von Charge zu Charge konsistent hergestellt werden können", sagte Guo.
Mit dieser Strategie wird einer der Hauptmängel der derzeitigen Arzneimittelverabreichungsmethoden überwunden. Oft erreicht das Therapeutikum Zellen jenseits der Zielorte, was zu unerwünschten Wirkungen führt. So haben Patienten, die eine Chemotherapie erhalten, oft mit Haarausfall, Magen-Darm-Beschwerden und einer beeinträchtigten Immunfunktion zu kämpfen.
"Chemotherapeutische Behandlungen töten nicht nur Krebszellen, sondern jede Zelle, die sich schnell vermehrt", so Zempleni. "Und das ist etwas, das wir mit unserer Technologie minimieren wollen."
Zempleni sagte, dass die Gründung von Minovacca eine steile Lernkurve und eine Gelegenheit war, sein Denken über die alltägliche Forschung hinaus zu erweitern. Um dem Unternehmen einen Namen zu geben, griff er auf sein Wissen über die griechische und römische Mythologie zurück, in der der Minotaurus, ein Mischwesen aus Mensch und Stier, eine wichtige Rolle spielt. Der Name soll widerspiegeln, dass das Unternehmen die Milch nutzt, um den Menschen zu helfen - aber da Stiere keine Milch produzieren, änderte Zempleni "taur" in "vacca", das lateinische Wort für Kuh.
Ganz gleich, in welcher Rolle er sich an einem bestimmten Tag befindet - als Kreativer, Wissenschaftler oder jetzt als Unternehmer - Zemplenis Ziel ist immer das gleiche.
"Es mag kitschig klingen, aber wenn ich die Wahl hätte, entweder 10 Millionen Dollar im Unternehmen zu verdienen oder 10 Millionen Menschenleben zu retten, würde ich mich für die Rettung der Menschenleben entscheiden", sagte er. "Mir geht es nicht ums Geld. Es geht darum, Menschen zu helfen."
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