Seit Jahrzehnten nehmen allergische Erkrankungen in Industrienationen zu. In diesem Kontext wird die Abnahme an parasitären Infektionserkrankungen als ein möglicher Faktor diskutiert. Basis dieser Hypothese sind Gemeinsamkeiten bei der Aktivierung des Immunsystems. Bei allergischen Reaktionen wird das Immunsystem fehlerhaft durch eigentlich harmlose Umweltantigene oder Autoantigene aktiviert. Konkret erfolgt diese Aktivierung über Th2-Immunzellen, welche unter anderem Antikörperproduzierende B-Zellen zur Produktion von IgE-Antikörpern stimulieren. Diese Reaktionen gleichen in weiten Teilen denen, die bei der Immunabwehr extrazellulärer Pathogene wie Parasiten beteiligt sind. Auch hier erfolgt die Aktivierung des Immunsystems über Th2-Immunzellen und IgE-Antikörper.
Das dauerhafte Ausbleiben parasitärer Infektionen könnte somit zu einer Verschiebung der evolutionär entstandenen Balance zwischen Th1 und Th2-vermittelter Immunabwehr und im Ergebnis zu einer fehlgeleiteten Reaktion auf ungefährliche Antigene führen.
Dieser These folgend, ist ein Therapieansatz die Wiederherstellung der natürlichen Balance zwischen Th1 und Th2-vermittelter Immunabwehr durch die Verabreichung parasitärer Antigene. Allerdings ist die Gabe von aktivem / lebenden Material unter Sicherheitsaspekten höchst problematisch und, auch bei für den Menschen harmlosen Parasiten, als Therapie schwer vermittelbar.
Im Projekt MELLIPA wird die Eignung inaktivierter Parasiten zur Prophylaxe von Allergien untersucht. Die Parasiten werden dabei mittels niederenergetischer Elektronenbestrahlung (LEEI – Low Energy Electron Inactivation) inaktiviert und im Anschluss formuliert. Die Bestrahlung zerstört das Erbmaterial (DNA) der Parasiten, schont aber die immunologisch relevanten Oberflächenproteine. Dadurch wird sichergestellt, dass kein infektiöses bzw. pathogenes Potenzial von der Parasiten-Präparation mehr ausgeht, aber eine ausreichend immunstimulatorische Wirkung vorhanden ist. Die Wirksamkeit wird in einem Tiermodell (Maus) evaluiert, wo das Medikament nasal über die Schleimhaut appliziert wird.
Im Zentrum des Projekts steht der Parasit Toxoplasma gondii, dessen natives zelluläres Material hochaktiv gegen verschiedene Allergien ist und das nach LEEI-Inaktivierung mukosal verabreicht wird.
Partner
Fraunhofer ITEM; Fraunhofer ITMP; Fraunhofer IAP; Fraunhofer FEP; Fraunhofer IPA
Förderung
Das Projekt wird im Rahmen des Fraunhofer Cluster of Excellence for Immune-Mediated Diseases CIMD finanziert.
Zur Behandlung verschiedenster Erkrankungen wie Autoimmun-, Tumor-, und Infektionserkrankungen haben sich Antikörpertherapien etabliert. Die langfristige und dauerhafte Therapie durch systemische Gabe funktioneller Antikörper ist allerdings mit hohen Kosten für das Gesundheitssystem verbunden.
Eine mögliche Alternative stellen Adeno-assoziierte virale Vektoren (AAV) dar. AAVs können verwendet werden, um therapeutische Gene in Zielzellen einzuführen. Sie sind dabei nicht krankheitserregend, sie infizieren spezifische Zelltypen und integrieren nicht in das menschliche Genom. Diese Eigenschaften machen sie zu einem sicheren und effektiven Vektor für die Gentherapie. Beladen mit dem Bauplan für therapeutische Antikörper, können diese nach erfolgreicher Transduktion (Aufnahme in die Zielzellen) dauerhaft vom menschlichen Körper selbst produziert werden.
Ziel des Projekts ist die Entwicklung und Evaluation neuartiger, minimal-invasiver Applikationsformen für AAV-basierte Medikamente. Im Rahmen der Proof-of-Concept-Studie werden die AAVs optimiert und für die Expression von therapeutischen Antikörpern eingesetzt.
Partner
Fraunhofer ITEM; Fraunhofer ITMP; Medizinische Hochschule Hannover (MHH)
Förderung
Das Projekt wird im Rahmen des Fraunhofer Cluster of Excellence for Immune-Mediated Diseases CIMD finanziert.
Die Entwicklung neuer Medikamente ist ein aufwändiger und kostspieliger Prozess. Basierend auf Erkenntnissen der Grundlagenforschung, die teilweise Jahrzehnte in Anspruch nehmen kann, werden Wirkstoffkandidaten für eine bestimmte Indikation identifiziert. Diese werden zunächst in der präklinischen Entwicklungsphase in verschiedenen Zellkultur- und Tiermodellen umfassend auf deren Wirksamkeit und vor allem Sicherheit untersucht. Nur die wenigen Wirkstoffe, deren Nutzen-Risiko-Profil eine Testung an Menschen rechtfertigt, gelangen in die klinische Entwicklung, wo sie zunächst an gesunden Proband*innen (Phase I), später an kleineren Patient*innenkohorten (Phase II) und ganz zum Schluss in Studien mit möglichst vielen Patient*innen (Phase III) getestet werden, bevor eine Zulassung in der adressierten Indikation beantragt werden kann.
Beim sogenannten Drug Repurposing werden bereits zugelassene Medikamente auf Ihre Eignung und Einsatzmöglichkeiten bei anderen Indikationen untersucht. Voraussetzung dafür ist ein umfassendes Verständnis der Krankheitsmechanismen auf molekularer und zellulärer Ebene einerseits und die genaue Charakterisierung der Wirkungsprinzipien des Medikamentes andererseits. Werden bei unterschiedlichen Indikationen entsprechende Parallelen identifiziert, lohnen sich Entwicklungsschritte, um das Einsatzgebiet des Medikamentes zu erweitern. Dieser Weg der Medikamentenentwicklung ist äußerst effizient und von deutlich reduziertem Aufwand, da auf bestehende Daten und Beobachtungen aufgebaut werden kann.
Mit dem Projekt REMEDI4ALL soll eine europaweite Kompetenzplattform entwickelt werden, um europäische Forschungseinrichtungen zukünftig beim Drug Repurposing zu unterstützen.
Innerhalb des Konsortiums bringt das Fraunhofer IZI seine Kompetenzen in der Infektionsforschung ein und wird ein für die Onkologie zugelassenes Medikament auf seine Eignung für den Einsatz bei COVID-19-Erkrankungen hin untersuchen.
Das REMEDI4ALL Konsortium umfasst 24 Partner und wird über fünf Jahre mit 23 Millionen aus dem Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon Europe der Europäischen Union im Rahmen der Finanzhilfevereinbarung Nr. 101057442 gefördert.
Etablierung geeigneter In-vivo-Modelle und Validierung von mRNA-basierten Wirkstoffkandidaten als Vakzine gegen das West-Nil Virus (WNV) im Rahmen des Fraunhofer-Leitprojekts RNAuto.
Untersuchung immunmodulatorischer Therapien in Bezug auf ein erhöhtes Infektionsrisiko im Rahmen des EU-Projekts ImSavar.
Konkret wird innerhalb des Teilprojekts im Tiermodell die niedrig-dosierte IL-2 Therapie gegen Systemischen Lupus erythematodes hinsichtlich der Virus-Suszeptibilität gegenüber Influenza A und RSV getestet. Zudem wird ein In-vitro-Assay etabliert, der Hinweise darauf geben soll, ob die anti-virale Immunantwort durch die zu testende Therapie verändert wird.
Das Respiratorische Synzytialvirus (RSV) ist eine der Hauptursachen für akute Infektionen der unteren Atemwege bei älteren Menschen und bei Kindern. Neben Impfstoffen, die per intramuskulärer Injektion verabreicht werden, bieten nichtinvasive Impfungen über den Respirationstrakt (mukosal) eine Alternative gegen Erreger der Atemwege wie RSV. In verschiedenen Projekten konnte nachgewiesen werden, dass die durch muskosale Impfstoffe induzierten lokale Immunreaktionen zu einer schnellen und effizienten Eliminierung von Atemwegsviren nach einer natürlichen Infektion führt.
Zudem wurde die Potenz der niederenergetischen Elektronenbestrahlung (Low Energy Electron Irradiation – LEEI) zur Herstellung von Impfstoffen evaluiert. Durch die niederenergetische Elektronenbestrahlung konnten RSV erfolgreich inaktiviert und mittels Phosphatidylcholin-Liposomen (PC-LEEI-RSV) oder 1,2-Dioleoyl-3-trimethylammonium-propan und 1,2-Dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamin (DD-LEEI-RSV) zur intranasalen Impfung von Mäusen formuliert werden. RSV-spezifische IgA-Antikörper und eine statistisch signifikante Verringerung der Viruslast nach einer Provokation wurden insbesondere bei den mukosalen DD-LEEI-RSV-geimpften Tieren nachgewiesen.
Das Respiratorische Synzytialvirus (RSV) ist bei gesunden Erwachsenen weitgehend harmlos, stellt aber ein ernstes Risiko für das Leben von Säuglingen, älteren Menschen oder Patient*innen mit geschwächtem Immunsystem dar. Darüber hinaus wirkt sich RSV unverhältnismäßig stark auf bevölkerungsreiche Entwicklungsländer wie Indien oder China aus und stellt ein weltweit zunehmendes Risiko dar, das Schätzungen zufolge jährlich mehr als 200.000 Todesfälle bei Säuglingen und Kleinkindern verursacht.
Im Projekt RSV-Protect wurden verschiedene Wirkstoffe untersucht, welche die Fähigkeit des Virus, in Wirtszellen einzudringen und diese zu infizieren, hemmen.
Dazu wurden mehrere kleine Peptide (weniger als 15 Aminosäuren und mehr als 100-mal kleiner als ein typischer Antikörper) hergestellt, die darauf abzielten, das Hauptfusionsprotein des Virus, RSV-F, in einer Konfiguration zu »verriegeln«, die es unmöglich macht, sein genetisches Material in die Wirtszellen zu injizieren. Die untersuchten Peptide waren in mikromolaren Konzentrationen wirksam, um RSV-Infektionen sowohl in zellulären Modellsystemen als auch im Tiermodell zu verhindern. Durch die Generierung molekularer trivalenter DNA-Peptid-Gerüste konnte die protektive Wirksamkeit im Zellmodell 200-fach verstärkt werden.
Der stärkste Inhibitor wies einen potenten Selektivitätsindex von 3.742 auf und führte nach intranasaler Verabreichung zu einer erheblichen Verringerung der Viruslast in der Lunge von Mäusen. Darüber hinaus zeigte die Verbindung eine hemmende Wirkung gegen SARS-CoV-2, die mit derjenigen gegen RSV vergleichbar war. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass das identifizierte Molekül ein geeigneter Kandidat für die weitere präklinische Entwicklung und Bewertung als antiviraler Wirkstoff gegen RSV und möglicherweise andere Viren ist.
Im Projekt TheraVision wurde eine vielseitig einsetzbare Plattformtechnologie für die kombinierte onkolytische Virus- und Immuntherapie entwickelt.
Basierend auf einem attenuierten Herpes-simplex-Virus Typ 1 (HSV1) wurde ein Vektor entwickelt, der zudem für einen funktionellen Immun-Checkpoint-Inhibitor kodiert. Dadurch konnte sowohl die viral vermittelte Onkolyse, als auch die immunzellvermittelte Therapie induziert werden.
Sicherheit und Funktionalität wurden in innovativen präklinischen Modellen validiert, die von patient*innenabgeleiteten Organoiden über menschliche In-vitro-3D-Tumormodelle bis hin zu komplexen humanisierten Mausmodellen reichten. Somit steht nun ein neuartiger und proprietärer Engineering-Plattformvektor auf Basis von HSV1 für die effiziente präklinische Entwicklung der onkolytischen Virotherapie zur Verfügung.
Innerhalb einer Studie zum klinischen Propofol-Infusionssyndrom (PRIS) wurden zwei Propofol-Formulierungen eines Industriepartners im Vergleich zur Kontrollsubstanz Isofluran getestet. Unter der Langzeitanästhesie mit Propofol entwickelten die Tiere das PRIS-Syndrom, begleitet durch Veränderungen verschiedener klinischer Parameter. Bezeichnend war die Erhöhung des Troponin-T-Serumspiegels im Vergleich zur Kontrollgruppe. Troponin T, ein genereller Biomarker für kardiovaskuläre Schäden, könnte somit einen potenziellen Standard-Biomarker für klinisches PRIS darstellen.
Papillomavirus-Kapside besitzen die Fähigkeit, DNA-Plasmide zu verpacken und sie sowohl in vitro als auch in vivo zu übertragen. Obwohl sich humane Papillomaviren (HPV) gut als Gentransfervektoren eignen, ist ihr Einsatz begrenzt, da die meisten Menschen diesem Virus entweder durch eine HPV-Impfung oder eine natürliche Infektion ausgesetzt waren und dadurch eine Immunabwehr gegen HPV entwickelt haben. Um diese Einschränkungen zu umgehen, wurden Pseudovirionen von zehn nicht-menschlichen Papillomavirus-Typen hergestellt und ihre Transduktionseffizienz in vitro getestet. Pseudovirionen, die auf einem Affen-Papillomavirus (Macaca fascicularis Papillomavirus-11) oder Puma-Papillomavirus (Puma concolor Papillomavirus-1) basieren, wurden zudem in vivo getestet. Die intramuskuläre Transduktion durch diese Kandidaten führte zu einer monatelangen Expression, was deren Eignung als Vektoren für die Übertragung therapeutischer Gene nahelegt.
Im Rahmen des MATURE-NK-Projekts erfolgte eine zukunftsorientierte Ausbildung von Promovierenden in der translationalen Forschung. Als einer von 14 Partnern innerhalb des Konsortiums konzentrierte sich das Fraunhofer IZI auf die Entwicklung einer CAR-NK-Zell-basierten Therapie gegen Plattenepithelkarzinome des Kopfes und Halses (HNSCC).
Auf Basis primärer NK-Zellen, die von gesunden Spender*innen aus dem peripheren Blut gewonnen wurden, konnten mittels gamma-Retroviren gegen CD44v6 gerichtete CAR-NK-Zellen generiert werden. Deren Funktionalität wurde sowohl in vitro, als auch in Mausmodellen evaluiert. In vitro zeigten die CAR-NK-Zellen eine zwei- bis dreifach höhere Abtötungswirkung gegen verschiedene HNSCC-Zelllinien als die Kontrollgruppe. In vivo verringerte eine einzige Dosis primärer NK- oder CAR-NK-Zellen das Tumorwachstum im Vergleich zur PBS-behandelten Kontrollgruppe signifikant.
Impfstoffe, die effektivsten Präventionsmaßnahmen gegen Infektionserreger, haben in den vergangenen Jahrzehnten entscheidend zur Reduktion von Krankheiten bis hin zur Eradikation von Erregern beigetragen. Insbesondere Impfstoffe auf Basis von attenuierten Viren sind hocheffektiv, indem sie beide Arme der Immunantwort induzieren, einerseits den humoralen Arm mit der Bildung von Erreger-spezifischen Antikörpern und andererseits den zellulären Arm mit der T-Zell-vermittelten Immunantwort.
Die Coronakrise führt vor Augen, dass es für bisher nicht bekannte Erreger zentral ist, schnell wirksame Impfstoffe zu entwickeln. Im Rahmen des Projekts CoroVacc soll ein SARS-CoV-2-spezifisches Impfvirus auf Basis eines bereits etablierten Plattformvektors (Herpes-Virus-Derivat) entwickelt werden. Mittels dieser Plattformtechnologie können anschließend Herpesvirus-Vektoren schnell und modular adaptiert werden. Die HSV-basierten Impfstoffe wurden zunächst auf Wachstum und Expression der SARS-CoV-2-Epitope evaluiert. Im nächsten Schritt wird die Immunisierung analysiert.
Partner
Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB
Förderung
Gefördert im Rahmen der Internen Programme der Fraunhofer-Gesellschaft, Fördernummer Anti-Corona 840234
Im Rahmen des Projekts soll eine Infrastruktur für das Austesten und Bewerten von Impf- und Wirkstoffen gegen SARS-CoV-2 geschaffen werden. Ziel ist es, insbesondere kleineren Unternehmen und akademischen Institutionen ohne S3-Ressourcen die Möglichkeit zu geben, schnell ihre Kandidaten zu testen und gegenüber anderen Technologien zu validieren. Gleichzeitig werden Fraunhofer-eigene Impfstoff- und Wirkstoff-Entwicklungen vorangetrieben. Hier stehen proprietäre Impfstoff-Kandidaten im Fokus, welche aus inaktivierten Erregern, Nukleinsäuren und Vektorimpfstoffen bestehen. Die Applikation über die Luftwege (intranasal) wird dabei als eine wichtige Methode angesehen, da so am Eintrittsort der Viren eine lokale und daher potente Wirksamkeit erzielt werden kann.
Um für die momentane und auch für zukünftige Pandemien durch virale Erreger gerüstet zu sein, arbeiten die Abteilungen Impfstoffe und Infektionsmodelle und GMP Prozessentwicklung / ATMP Design des Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie IZI im Projekt DEFEND-CoV2 an dem Aufbau einer Impfstoff- und Wirkstoffpipeline. Diese soll auch eine schnelle Produktion für die präklinische Testung und für die weitere klinische Entwicklung unter GMP (Good Manufacturing Practice) ermöglichen. Damit kann Entwicklern die gesamte Wertschöpfungskette von der präklinischen Testung bis zur Produktion erster klinischer Testmuster angeboten werden. Dies ist insbesondere für eine schnelle Entwicklung (fast track) wichtig, wie sie von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) für Pandemien gefordert wird.
Förderung
Gefördert im Rahmen der Internen Programme der Fraunhofer-Gesellschaft, Fördernummer Anti-Corona 131-600010.
Im Rahmen des Projekts CoVER-Ab werden zunächst humane monoklonale und neutralisierende Antikörper gegen SARS-CoV-2 gewonnen. Diese Antikörper werden anschließend in Zellkultur auf ihre antivirale Wirksamkeit überprüft. Eine Auswahl davon wird danach in einem transgenen Mausmodell und in einem Rhesusaffenmodell auf Wirksamkeit und Sicherheit untersucht werden.
Die Arbeitsgruppe Präklinische Validierung hat das Infektionsmodell mit humanen ACE-2 transgenen Mäusen etabliert. Dabei wurden unterschiedliche Dosen von SARS-CoV-2 eingesetzt. In der folgenden Wirksamkeits- und Sicherheitstestung wurden die neutralisierenden Antikörper entweder vor (prophylaktisch) oder nach der Infektion (therapeutisch) verabreicht. Es konnte gezeigt werden, dass diese neutralisierenden Antikörper die Virusreplikation substantiell reduzieren. Die Daten wurden im European Journal of Immunology publiziert: Peter AS, Roth E, Schulz SR, et al. A pair of noncompeting neutralizing human monoclonal antibodies protecting from disease in a SARS-CoV-2 infection model. Eur. J. Immunol. (2022). doi: 10.1002/eji.202149374
Partner
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU); Universitätsklinikum Erlangen (UKER); Deutsches Primatenzentrum GmbH, Leibniz-Institut für Primatenforschung
Presseinformation der FAU zu CoVER-Ab
Presseinformation, 22. April 2020: FAU-Forscher sind einer Impfung gegen Covid-19 auf der Spur
Förderung
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Die Eindämmung der Corona-Pandemie wird durch einen signifikanten Anteil von Infizierten erschwert, die nur sehr wenige oder gar keine Symptome zeigen. Der Umstand, dass SARS-CoV-2 in der Lage ist, sich ohne Entzündungsanzeichen zu vervielfältigen, lässt vermuten, dass die angeborene Immunkontrolle gegenüber SARS-CoV-2 dereguliert und weniger wirksam sein könnte.
Im Rahmen des Projekts SENSE-CoV2 will das Forschungsteam Mechanismen charakterisieren, die es SARS-CoV-2 ermöglichen, der Erkennung durch die angeborene Immunabwehr beim Menschen zu entgehen.
Mit der Identifizierung von viralen Proteinen, welche die frühe Immunkontrolle verhindern, und deren Charakterisierung in Infektionsversuchen werden wichtige Grundlagen und neue Zielstrukturen für die Entwicklung antiviraler Medikamente gelegt.
Partner
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Förderung
Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)