Mitoskopie

IGF-Projekt: 18239 N  (2014 - 2016)

DIE HERAUSFORDERUNG

Viele schwerwiegende und zunehmend volkswirtschaftlich relevante Krankheiten wie Alzheimer Demenz (AD), Diabetes und Adipositas treten vermehrt in höherem Lebensalter auf. Aufgrund bis heute nicht geklärter Ursachen und limitierter Therapiemöglichkeiten besteht folglich ein enormes Marktpotential für die Entwicklung neuer Methoden und Geräte zur Erforschung dieser Erkrankungen, zur Aufklärung der Wirkungsmechanismen von Medikamenten, sowie zur Früherkennung und Therapiekontrolle. Nach aktuellem Kenntnisstand steht die Entwicklung dieser Erkrankungen in Verbindung mit Veränderungen in den Stoffwechselprozessen in Mitochondrien. Im Falle von neurodegenerativen Erkrankungen, wie der AD, macht es die strukturelle und metabolische Komplexität von Nervenzellen notwendig, diese Prozesse zu visualisieren – zur Ursachenforschung der Erkrankungen und um Auswirkungen medikamentöser Therapieansätze verfolgen zu können. Dies stellt hinsichtlich der Erfassung verschiedener Stoffwechselparameter in lebenden Zellen hohe Anforderungen an die Untersuchungsmethode, die für die Entwicklung vielversprechender Therapieansätze unabdingbar ist. Bisher gab es kein Verfahren, das die Darstellung dieser Prozesse in lebenden Zellen und Geweben zuverlässig ermöglicht. /p>

DIE INNOVATIONSIDEE

Ziel des IGF-Vorhabens Mitoskopie war die Entwicklung eines optischen in vitro und in vivo Screening Systems zum Monitoring von mitochondrialen Stoffwechselveränderungen in Zell- und Tiermodellen für neurodegenerative Erkrankungen. Dabei sollten parallele optische Messungen mehrerer Stoffwechselparameter zum besseren Verständnis von Veränderungen des zellulären Energiehaushalts beitragen und damit zur verbesserten Analyse in der Diagnostik und Therapie einer Vielzahl volkswirtschaftlich relevanter Erkrankungen beitragen. Das übergeordnete Ziel war die Evaluation eines Systems, das das Monitoring verschiedener Aspekte des mitochondrialen Stoffwechsels sowohl im Zellmodell, in ex vivo Maushirnschnitten als auch in vivo durch ein Glasfenster im Schädelknochen (cranial window) in transgenen Tieren ermöglicht.

DIE ERGEBNISSE

Im Rahmen des IGF-Projekts Mitoskopie konnte eine innovative Kombination zweier simultaner, zeitlich und räumlich hochaufgelöster mikroskopischer Verfahren entwickelt werden, die die benötigte optische Detektion von intrazellulären Veränderungen des Metabolismus und der Atmungsleistung der Zellen ermöglichte.

Die neue Methodik basiert auf dem Nachweis des sich ändernden Verhältnisses von proteingebundenem Coenzym NADH und freiem NADH, das sich beispielsweise bei Dysfunktion der Mitochondrien oder bei sauerstoffarmen Bedingungen durch den Wechsel der Energieversorgung von oxidativer Phosphorylierung zur Glykolyse vermehrt bildet. Simultane Messungen der Fluoreszenzabklingzeit von NADH und der Phosphoreszenzabklingzeit eines O₂-Sensors erlauben ein optisches in vitro Screening an Hirnschnitten sowie in Zukunft auch ein in vivo Monitoring durch den Schädelknochen.

Da gerade in der AD subzelluläre Unterschiede (in Nervenzellen z. B. Zellkörper versus Zellausläufer und -verbindungen) der mitochondrialen Leistung eine Rolle spielen, liefert die intrazelluläre Auflösung dieser Prozesse durch das hier entwickelte System den entscheidenden Vorteil gegenüber anderen Methoden.

KMU-NUTZEN

Insbesondere KMU, die sich mit neuen optischen Methoden zur Diagnose neurologischer Erkrankungen beschäftigen, aber auch KMU, die Diagnostika und Medikamente gegen diese Erkrankungen produzieren, profitieren nachhaltig von den erzielten Ergebnissen.

Neben den produzierenden KMU und Anwendern aus Pharmazie und Forschung ermöglichen die Ergebnisse auch Dienstleistern und Zulieferern Wettbewerbsvorteile und Gewinnsteigerungen.

Dieses neue Verfahren bietet über die Erforschung neurodegenerativer Erkrankungen hinaus großes Potential in der vorwettbewerblichen Anwendung und in anderen Bereichen der Hirnforschung und metabolischen Erkrankungen. Insbesondere durch die Erforschung des molekularen Hintergrunds mannigfaltiger metabolischer Erkrankungen bietet die Entwicklung dieser Methode eine Basis dafür, gezielt neue Medikamente zu entwickeln und zu testen.

Das macht die Implementierung und Vermarktung durch Firmen in den Feldern Mikroskopie und Optik wahrscheinlich und die Verwendung für Pharmazeutische Unternehmen attraktiv.

Das IGF-Projekt Opti-Bond wurde als eines der drei aussichtsreichsten Projekte für die Endauswahl zum IGF-Projekt des Jahres 2016 ausgewählt.

Laufzeit: 01.06.2014 - 30.09.2016