Kann Heparin durch Nutzung der Kraft von Mücken überflüssig werden?

Blutgerinnungsmedikamente

Managing blood clotting is very important for medical professionals. Wir haben bereits zuvor diskutiert, wie synthetische Thrombozyten eingesetzt werden könnten, um im Falle eines Traumas die Notfallgerinnung zu induzieren in unserem Artikel “Synthetic Biomaterials May Become Crucial in Emergency Trauma Situations”.

Es kann in anderen medizinischen Situationen ebenso wichtig sein, die Gerinnung zu verhindern, etwa bei der Behandlung von Herzinfarkten und instabiler Angina, bei Angioplastiken, Dialyse, Operationen und anderen Eingriffen.

Traditionell wird dies mit Heparin behandelt, einem fast 100 Jahre alten Medizinprodukt, das aus Schweinen und Rindern gewonnen wird.

However, a more advanced anti-clotting agent could arrive soon, thanks to researchers at Duke University and the Children’s Hospital of Philadelphia.

Von Mücken zur Medizin

In a scientific publication titled “Aptameric hirudins as selective and reversible EXosite-ACTive site (EXACT) inhibitors“ and accepted by Nature, the researchers created a synthetic molecule mimicking one found in mosquitoes.

Blood-sucking organisms like mosquitoes have anti-clotting agents in their saliva. More precisely, all blood-sucking organisms use the same 2-step mechanisms:

1. Das Antikoagulans im Speichel bindet an die Oberfläche der Gerinnungsproteine im Blut.
2. Es dringt in den Kern des Proteins ein, um die Gerinnungsmechanismen zu deaktivieren, während die Mücke saugt.

Using these animals’ anti-clotting method makes sense, as it evolved independently multiple times, demonstrating its efficiency.

Nachdem dieser antikoagulative Mechanismus aufgeklärt war, entwickelten die Forscher ein künstliches Molekül, das ihn nachahmt, mit Fokus auf die Wechselwirkungen zwischen Thrombin und Faktor Xa im menschlichen Blut. Dieses Molekül nutzte einen “Aptamer” – eine kurze einzelsträngige Nukleinsäure – um an das Thrombin‑Protein des Blutes zu binden.

Quelle: Biorender

Auf diese Weise entdeckten die Forscher, dass sie die Wirksamkeit des Moleküls modulieren können, indem sie die Länge eines Abschnitts des Proteins (Linker) verändern.

Quelle: Nature

Perfekte Kontrolle

Die Forscher haben zudem ein “Antidot” für das neue Antikoagulans entwickelt. Dies ist ein sehr wichtiges Werkzeug für zukünftige Anwendungen im medizinischen Umfeld. Auf diese Weise können Ärzte das Mittel nach Belieben neutralisieren und unkontrollierte oder unerwünschte Blutungen vermeiden.

Damit kann ein antikoagulativer Eingriff geschaffen werden, der für den Patienten sicherer ist. Zudem wird die Entzündung reduziert, was stets vorteilhaft für Patienten ist, die sich möglicherweise von einem Herzinfarkt oder einer schweren Operation erholen.

Diese Methode ebnet den Weg zur Entwicklung antikoagulativer Medikamente, die unabhängig von der Tierhaltung sind. Das ermöglicht eine wesentlich stabilere Lieferkette, da die aktuelle Heparinversorgung stark von der chinesischen Schweinehaltung abhängt, die in den letzten Jahren durch die Pandemie sowie Schweinekrankheits‑Epidemien erheblich gestört wurde.

Es sollte zudem das Risiko einer Kontamination durch Tierkrankheiten verringern und die CO₂-Emissionen bei der Herstellung von Antikoagulanzien reduzieren.

Weitere Forschung

Die Technologie, die zur Replikation der antikoagulativen Mittel künstlicher Mücken verwendet wird, könnte auf andere biochemische Effekte ausgeweitet werden.

Aptamere könnten verwendet werden, um an das katalytische Zentrum des Enzyms zu binden und könnten zur Entwicklung eines wirksamen EXACT-Inhibitors genutzt werden.

Therefore, potent, selective, and reversible EXACT inhibitors can be created for virtually any enzyme, with or without defined exosites.

These studies foreshadow the development of a large class of highly potent and specific enzyme inhibitors that are rapidly reversible.

German translation:

Daher können potente, selektive und reversible EXACT-Inhibitoren für praktisch jedes Enzym erstellt werden, mit oder ohne definierte Exosites.

Diese Studien deuten auf die Entwicklung einer großen Klasse hochpotenter und spezifischer Enzyminhibitoren hin, die schnell reversibel sind.

Furthermore, this approach in using aptamer to create high specificity in the molecular binding, while also having it fully reversible on commend, could help improve existing drugs or drug candidates that previously failed clinical trials.

Moreover, this generalizable molecular engineering approach can help resuscitate many small molecule drugs abandoned because they were not effective or selective enough on their own.

German translation:

Darüber hinaus könnte dieser Ansatz, Aptamere zu verwenden, um eine hohe Spezifität bei der molekularen Bindung zu erzeugen, während sie gleichzeitig vollständig reversibel auf Anforderung sind, bestehende Medikamente oder Wirkstoffkandidaten verbessern, die zuvor in klinischen Studien gescheitert sind.

Zudem kann dieser verallgemeinerbare molekulare Engineering-Ansatz vielen kleinen Molekülmedikamenten neues Leben einhauchen, die aufgegeben wurden, weil sie allein nicht wirksam oder selektiv genug waren.

Aptamer-Unternehmen

Bisher wurden Aptamere nur in Nischenanwendungen eingesetzt, wodurch Unternehmen, die sich auf dieses Produkt spezialisiert haben, hauptsächlich Labor‑Diagnostik‑Tools anbieten. Diese neue Studie zeigt, dass das Potenzial des Produkts darüber hinausgehen und neue Märkte für diese Unternehmen erschließen kann.

1. Aptamer Group (APTA.L)

Das britische Unternehmen ist führend in der Entwicklung und Produktion von Aptameren. Trotz seiner geringen Größe von nur 37 Mitarbeitenden pflegt es bereits Beziehungen zu 15‑20 führenden Pharmaunternehmen und 42 Partnern.

Seine Optimer‑Plattform ermöglicht die optimierte Entdeckung des passenden Aptamers für jeden Anwendungsfall, sei es in der Therapie, Laboranalytik oder der Herstellung biologischer Produkte.

Quelle: Aptamer Group

Bald wird es durch Optimer+ ersetzt, das komplexere Optionen für den Aufbau von Aptameren sowie Peptid‑/Aptamer‑Interaktionen bietet.

Quelle: Aptamer Group

Das Unternehmen hat sein Angebot mit der jüngsten Ergänzung erweitert:

• Entwicklung von IHC‑Assays
• Enzymaktivitätsassays
• Zellviabilitätsassays
• Kreuzreaktivitätsanalyse
• Paarbewertung
• Wirksamkeitsassays für Gentherapie

Das Unternehmen verzeichnete Anfang 2024 ein sehr schnelles Umsatzwachstum (dreifach im Vergleich zum Vorjahr).

Dennoch ist das Unternehmen noch weit von der Rentabilität entfernt und sollte von Investoren mit Vorsicht analysiert werden.

2. Twist Biosciences

Das Unternehmen spezialisiert sich auf DNA‑Synthese, unter Nutzung von Miniaturisierungsmethoden aus der Halbleiterindustrie, wodurch Forschern Zeit und Geld gespart werden.

Es arbeitet zudem an der Entwicklung von DNA‑basiertem Datenspeicher, der zur Sicherung von Daten unabhängig von elektronischen Systemen genutzt werden könnte.

Diese Miniaturisierung ermöglicht es uns, das Reaktionsvolumen um den Faktor 1.000.000 zu reduzieren und gleichzeitig den Durchsatz um den Faktor 1.000 zu erhöhen, wodurch die Synthese von 9.600 Genen auf einem einzigen Siliziumchip im vollen Maßstab möglich wird.

Quelle: Twist Biosciences

Im Januar 2023 begann das Unternehmen, Produkte von seiner kürzlich eröffneten zweiten Fertigungsanlage zu versenden. Die neue Fabrik sollte die Produktionskapazitäten von Twist verdoppeln.

Mit seiner fortschrittlichen DNA‑ und RNA‑Synthesefähigkeit könnte Twist schnell zu einem bedeutenden Aptamer‑Hersteller werden, falls der Markt für antikoagulative Produkte wächst.

Als „neutraler“ Produzent, der sich darauf konzentriert, die besten Nukleinsäuresequenzen zum besten Preis anzubieten, könnte es ein bevorzugter Fertigungspartner für jedes Pharmaunternehmen sein, das die Entdeckung der Duke‑University‑Forscher kommerzialisieren möchte.