Niedermolekulare Medikamente

Präzise Zellzählung bei jedem Prozessschritt für zuverlässliche Ergebnisse

Niedermolekulare Medikamente (SMDs) oder pharmazeutische Wirkstoffe werden entwickelt, um mit größeren Molekülen in der Zelle, z.B. Rezeptoren, zu interagieren. Wenn sie als Zellsignalaktivatoren, -inhibitoren oder -moderatoren dienen, können SMDs dazu verwendet werden, zelluläre Ereignisse zu regulieren und den Krankheitsverlauf zum Nutzen des Patienten zu steuern.

Ob von biologischen Verbindungen abgeleitet oder synthetisch hergestellt, SMDs werden in der Behandlung und Prävention von Krankheiten auf vielfältige Weise eingesetzt. Ein aktueller Ansatz ist die Entwicklung von SMDs, die auf die spezifische Variante einer Krankheit bei jedem Patienten abgestimmt sind. Dieser Ansatz wird als personalisierte oder Präzisionsmedizin bezeichnet und testet Medikamente an Zellen des individuellen Patienten. Präzisionsmedikamente werden bei der Behandlung von Krankheiten wichtig, bei denen die Krankheit auf verschiedenen genetischen Mutationen mit der gleichen phänotypischen Darstellung beruht, z. B. bei Mukoviszidose1,2, oder bei denen sich die genetische Ausstattung der Krankheit im Laufe der Zeit verändert, z. B. bei Krebserkrankungen3,4,5.

Um die Wirksamkeit von SMDs bestmöglich zu steuern, werden sie häufig in vivo als niedermolekulare Medikamentenkonjugate (SMDCs) verabreicht, bei denen ein niederes Molekül mit einem Liganden verbunden ist. Dies gewährleistet eine bessere Stabilität des SMD (z. B. innerhalb der Blutbahn) und eine starke Bindung an die Zielzelle, in der das Molekül seine Wirkung entfalten soll6. Eine weitere Möglichkeit, Medikamente bereitzustellen, sind Antikörper-Arzneistoff-Konjugate (ADCs), die sich zu einer viel genutzten Methode bei der Entwicklung von Präzisionsmedizin für die Behandlung von Krankheiten wie Krebs entwickelt haben. In jüngster Zeit werden mesoporöse Siliziumdioxid-Nanopartikel (MSNs) aufgrund ihrer Biokompatibilität verwendet, um therapeutische Wirkstoffe für das Zelltargeting bereitzustellen7.

Niedermolekulare Medikamentenentwicklung basiert auf rigorosen Screening-Verfahren

Bei der Entwicklung von SMDs ist der erste Schritt die Synthese von Medikamentenkandidaten für die im Fokus stehende Krankheit/Störung, basierend auf spezifischer Bioinformatik und Protein-Wirkstoff-Strukturinteraktionsstudien8. Als nächstes ist es wichtig, ein effizientes Screening-System zu haben/zu verwenden, um mehrere Medikamentenkandidaten mit Hilfe von Mikrotiterplatten im großen Maßstab zu testen. Da bei dieser Methode mit sehr kleinen Testvolumina gearbeitet wird, ist eine rigorose Kontrolle der Zellsaatdichte ein entscheidender Parameter für den Erfolg und die Begrenzung der Variation in den Screening-Ergebnissen.

Oft wird, je nach der im Fokus stehenden Krankheit, ein einzelner quantitativer Screen durchgeführt, um die Wirksamkeit des Medikaments in einem Funktionstest zu bestimmen. Beispielsweise wurde die Forskolin-induzierte Schwellung von Dickdarm-Organoiden genutzt, um jeden einzelnen Mukoviszidosepatienten in den Niederlanden zu testen, um personalisierte Medikamente zu entwickeln und damit landesweit eine bessere Behandlung zu ermöglichen9.

Als nächstes sind mehrere qualitative Tests nützlich, um einen Konzentrationsbereich zu bestimmen, in dem das Medikament in weiteren Studien getestet werden kann, um sicherzustellen, dass die Dosis wirksam ist und möglichst wenig negative Nebenwirkungen hat. Wenn es nur wenige Medikamentenkandidaten gibt, erfordert der nächste Schritt Tierversuche, und sobald der führende Medikamentenkandidat identifiziert ist, können die klinischen Studien beginnen.

Warum ist die Zellzählung beim Medikamentenscreening wichtig?

Bei der Zellaussaat für adhärente Kulturen und beim Mikrotiter-Screening im großen Maßstab ist es wichtig, in jedem Setup eine präzise Zellzahl zu haben, um zuverlässige Ergebnisse zu erhalten. Um dies zu erreichen, ist eine robuste Zellzählungsmethode ohne menschliche Verzerrung wünschenswert. Der NucleoCounter® NC-202™ automatisierte Zellzähler bietet einen 30-Sekunden-Zellzähl- und Lebensfähigkeitstest, der robust ist und die geringste Variation auf dem Markt aufweist.

Der NC-202™ ist GMP-konform (und 21 CFR Part 11) und mühelos zu bedienen. Dies erleichtert das Prozess-Scale-up und den Technologietransfer für die nachgeschaltete Entwicklung. Das Instrument muss nicht kalibriert, fokussiert oder justiert werden und liefert somit konsistente Ergebnisse für alle Instrumente, Benutzer und Standorte.

Die einzigartige Via2-Cassette™ ermöglicht das Pipettieren, Färben und Laden der Proben in das Instrument in einem Arbeitsgang und hilft, menschliche Fehler bei der Zellzählung zu vermeiden. Keine Pipetten, kein Kontakt mit (giftigen) Reagenzien und minimale Reinigungsarbeiten qualifizieren das NucleoCounter® System als eine sehr sichere und einfach zu bedienende Option.

Funktionstests für Medikamentenkandidaten gegen Krebs

Bei der Vorauswahl von Medikamentenkandidaten ist es wichtig, eine schnelle und zuverlässige Methode zu verwenden, um zu erkennen, welche gut funktionieren und welche nicht. Der NucleoCounter® NC-3000™ wird mit mehreren Krebs-Assays geliefert, darunter ein zweiminütiger Zellzyklus-Assay, Caspase 3/7, 8 und 9 Assay (Apoptose), Zellvitalitäts-Assay (Redox-Zustand durch Glutathion), und einige mehr. Der FlexiCyte™-Assay ermöglicht das Einrichten eines benutzerdefinierten Assays zum Testen von bis zu acht Proben gleichzeitig innerhalb von Minuten.

Als GMP/21 CFR Part 11-konformes Instrument kann das NC-3000™ in der gesamten Arzneimittelentwicklung und -herstellung sowie zur QC-Validierung von Produktionschargen eingesetzt werden.

Verweise

  1. G Berkers, R v/d Meer, H Heijerman et al.: Lumacaftor/ivacaftor in people with cystic fibrosis with an A455E-CFTR mutation J Cyst Fibros. 2020; 25;S1569-1993(20)30910-3.
  2. C Hine, P Nagakumar and M Desai: Small molecule drugs in cystic fibrosis. Arch Dis Child Educ Pract Ed. 2020; 19;edpract-2020-319009. Online print.
  3. M Barok, M Puhka, N Yazdi et al.: Extracellular vesicles as modifiers of antibody-drug conjugate efficacy. Barok: J Extracell Vesicles. 2021; 10(4):e12070.
  4. T Jiang, G Wang, Y Liu et al.: Development of small-molecule tropomyosin receptor kinase (TRK) inhibitors for NTRK fusion cancers. Acta Pharm Sin B. 2021; 11(2):355-372.
  5. Y Chen, Z Li, X Chen et al.: Long non-coding RNAs: From disease code to drug role. Acta Pharm Sin B. 2021; 11(2):340-354.
  6. C Zhuang, X Guan, H Ma et al.: Small molecule-drug conjugates: A novel strategy for cancer-targeted treatment. Eur J Med Chem. 2019; 163:883-895.
  7. S Stephen, B Gorain, H Choudhury et al.: Exploring the role of mesoporous silica nanoparticle in the development of novel drug delivery systems. Drug Deliv Transl Res. 2021; Online ahead of print.
  8. S Yuan, Y-Q Luo et al.: New drug approvals for 2020: Synthesis and clinical applications. Eur J Med Chem. 2021; 12;215:113284.
  9. AM Vonk, P van Mourik, AS Ramalho et al: Protocol for Application, Standardization and Validation of the Forskolin-Induced Swelling Assay in Cystic Fibrosis Human Colon Organoids. STAR Protocols 1, 100019. 2020; Open access.

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