CLSD - Computational Life Science Lab Dresden - Dresden

Das ForMaT-Vorhaben

Die pharmazeutische Wirkstoffentwicklung hatte 2007 ein Marktvolumen von 31 Mrd. USD bei Wachstumsraten von 16-19% p. a. Dem gegenüber stehen jedoch explodierende Forschungs- und Entwicklungskosten bei stagnierender Zahl neuer Wirkstoffe auf dem Markt. Ein Grund für dieses Missverhältnis ist die Komplexität biologischer Prozesse. Um diese zu verstehen, entwickeln Biomediziner Hochdurchsatzmethoden, die Experimente automatisiert durchführen und es beispielsweise erlauben, die Aktivität tausender Gene gleichzeitig zu messen. Mit der Etablierung von Hochdurchsatzmethoden wachsen Daten exponentiell, und so ist die rechnergestützte Analyse dieser Daten ein Schlüssel zum besseren Verständnis krankheitsrelevanter biologischer Prozesse. In Diskussionen mit insgesamt über 30 großen wie kleinen, nationalen und internationalen Biotech- und Pharma-Firmen ergaben sich folgende Kernprobleme:

  • Bei der Target-Identifizierung sind Lösungen erforderlich, die alle bekannten Zusammenhänge über Proteine, Wirkstoffe und Krankheiten mit experimentellen Daten zusammenführen.
  • Beim Wirkstoff-Screening muss die Komplexität biologischer Prozesse berücksichtigt werden, um Nebenwirkungen zu identifizieren. Dazu sind netzwerkbasierte Ansätze wichtig, die ganze Signalkaskaden und Module wechselwirkender Proteine im gesunden und kranken Zustand modellieren.
  • 60% aller Wirkstoffe binden an Membranproteine, die in der Zellmembran eingebettet sind. Bei der Lead-Optimierung sind neue Analysemethoden zur Untersuchung der Wechselwirkungen von Membranproteinen und Wirkstoffen essenziell.
  • Es sind integrierte modulare Lösungen nötig, die in bestehende Arbeitsprozesse eingebunden werden können.

Die Ziele

Ziel des CLSD ist es, eine Komplettlösung zur Wirkstoffforschung zu entwickeln, die den gesamten Workflow akademischer und industrieller Forscher unterstützt und optimiert. Diese Lösung soll auf drei Technologieansätzen basieren, die alle Protein-Wirkstoff-Krankheits-Zusammenhänge aus Literatur und Patenten extrahieren, mit Proteinnetzen Nebeneffekte modellieren und die Struktur von Membranproteinen als Wirkstoffziel untersuchen. Die Integration dieser Technologien und ihre enge Verzahnung mit Experimenten stellen einen neuartigen Ansatz dar, um die ersten Phasen der Wertschöpfungskette in der Wirkstoffentwicklung zu optimieren.

Neben der Weiterentwicklung der Technologien wird ein Innovationslabor zur schnelleren kommerziellen Verwertung der Entwicklungen aufgebaut. Um die Nachhaltigkeit des InnoLabs und die Verwertung zu garantieren, wird ein Verwertungskonzept umgesetzt und ein umfangreiches Kontaktnetzwerk aufgebaut.

Die thematischen Schwerpunkte

Diesen Anforderungen gemäß werden folgende drei Technologieansätze entwickelt und zu einer Gesamtlösung integriert:

  • ProWiKi, die Proteinsuchmaschine: ProWiKi extrahiert alle Fakten zu Proteinen, Wirkstoffen und Krankheiten tagesaktuell aus Millionen von wissenschaftlichen Publikationen und Patenten. Diese Fakten werden eng mit experimentellen Daten verzahnt, um Experimente gezielt mit bekanntem Wissen abzugleichen.
  • Powergraph: Systembiologische Analyse krankheitsbezogener Hochdurchsatzdaten. Powergraphen erlauben es, Hochdurchsatzdaten auf Netzwerke wechselwirkender Proteine abzubilden und so Signalpfade zu rekonstruieren und Funktionsmodule zu identifizieren. Dadurch können Nebeneffekte besser vorhergesagt werden.
  • DURIN: Hochdurchsatzanalyse von Membranprotein-Wirkstoff-Wechselwirkungen. DURIN analysiert tausende Kraftkurven für Membranproteine und gleicht diese mit der Struktur einzelner und interagierender Proteine ab.

Die integrierte Komplettlösung dieser Technologieansätze unterstützt und optimiert die Target-Identifizierung und -Validierung (ProWiKi), das Wirkstoff-Screening (Powergraph) und die Lead-Optimierung (DURIN). Diese drei Phasen werden anhand von Fragestellungen in der Krebs- und Stammzellenforschung in Zusammenarbeit mit medizinischen Gruppen am Dresdner Universitätsklinikum evaluiert und bewertet.

Die Partner

Das CLSD arbeitet eng mit anderen Gruppen der TU Dresden zusammen und hat einen Industriebeirat einberufen, der das CLSD bezüglich kommerzieller Perspektiven berät.

Kooperationspartner an der TU Dresden:

  • Dr. Christian Pilarsky, Klinikum der TU Dresden
  • Prof. Dr. Alexander Storch, Klinikum der TU Dresden
  • Prof. Dr. Michael Schefczyk und Dr. Frank Pankotsch, SAP Stiftungslehrstuhl für Entrepreneurship und Innovation, TU Dresden
  • Dipl.-Kfm. Oliver Uecke, Gründungsinitiative Dresden exists

Industriebeirat:

  • Dr. Neil Stutchbury, ehemals Cambridge Antibody Technologies und AstraZeneca, Cambridge, UK
  • Dr. Wendy Filsell, Unilever, Bedford, UK
  • Prof. Dr. Jacob Köhler, University of Tromso, Norwegen und Eli Lilly, Indiana, USA

Kontakt

Herr Prof. Dr. Michael Schroeder
Technische Universität Dresden
Biotechnologisches Zentrum
01062 Dresden
Tel.: (0351) 463 40060
Fax: (0351) 463 40061
E-Mail: ms[at]biotec.tu-dresden.de