Tartrazin-Transparenz – Wie dieser häufig verwendete Lebensmittelfarbstoff das Gesundheitswesen voranbringen könnte

Bessere Sicht für wissenschaftliche Erkenntnisse

Die medizinische Forschung ist stark von Studien an Tiermodellen abhängig, und unser Fortschritt in der Medizin wurde tiefgreifend von besseren analytischen Methoden beeinflusst, einschließlich aller Komponenten der Multiomics: Genomik, Transkriptomik, Proteomik, Metabolomik usw.

Aber manchmal sind viel weniger fortgeschrittene Beobachtungen die nützlichsten. Zum Beispiel Bewegungen von Organen, die Größe von Venen usw. Das ist schwieriger als es klingt, da es mit einem vernünftigen Budget nicht praktikabel oder möglich ist, fortschrittliche Bildgebungstechniken wie Scanner und MRT an Tausenden von Mäusen pro Monat einzusetzen.

Idealerweise möchten Forschende direkt in den Körper und die Organe der Versuchstiere blicken können, und das zu den niedrigstmöglichen Kosten.

Dies könnte gerade Realität werden, dank der Arbeit von nicht weniger als 21 Forschern der Stanford University. Sie entdeckten, dass ein gängiges Farbstoffmolekül, das als Lebensmittelzusatz verwendet wird, den Körper von Mäusen im Wesentlichen „transparent“ für Analysen machen kann, und veröffentlichten ihre Ergebnisse in der renommierten Fachzeitschrift Science unter dem Titel „Achieving optical transparency in live animals with absorbing molecules“.

Wie man durch Körper sieht

Die Forschung begann mit der Beobachtung der Einschränkungen vieler tiefgewebiger optischer Bildgebungsverfahren, einschließlich Zwei‑Photon‑Mikroskopie, Nahinfrarot‑II-Fluoreszenzbildgebung und optischer Gewebe‑Klärung.

Alle bieten gewisse Einblicke, aber entweder fehlt ihnen ausreichende Eindringtiefe und Auflösung oder sie sind für lebende Tiere ungeeignet. Daher ist eine gute innere Visualisierung lebender Tiere nach wie vor ein stark unerfülltes Bedürfnis unter Biologen und medizinischen Forschern.

Die Forschenden leiteten ihre Theorie aus einem physikalischen Prinzip ab, das als Lorentz‑Oszillator‑Modell bezeichnet wird. Ohne tief in die implizierte Physik einzutauchen, ist es ein Prinzip, das bestimmt, wie Atome auf elektromagnetische Wellen (zu denen sichtbares und unsichtbares Licht gehört) reagieren.

Aus diesem grundlegenden Prinzip schließen die Forschenden, dass bestimmte Moleküle, wenn sie in Wasser gelöst werden, den Brechungsindex von wässrigen Lösungen erhöhen würden.

Damit würden Wasser und Lipide fast denselben Brechungsindex besitzen, wodurch der gesamte Körper für bestimmte Lichtfrequenzen gleichermaßen transparent wäre.

Quelle: Science

„Wir haben vorhergesagt, dass Farbstoffmoleküle mit scharfen Absorptionsresonanzen im nah‑ultravioletten Spektrum (300 bis 400 nm) und im blauen Bereich des sichtbaren Spektrums (400 bis 500 nm) wirksam den realen Teil des Brechungsindex des wässrigen Mediums bei längeren Wellenlängen erhöhen, wenn sie in Wasser gelöst sind.

Infolgedessen können wasserlösliche Farbstoffe den RI‑Kontrast zwischen Wasser und Lipiden effektiv reduzieren, was zu optischer Transparenz lebender biologischer Gewebe führt.”

Tartrazin finden

Aus dieser theoretischen Erkenntnis heraus suchten sie nach einem realen Farbstoffmolekül, das die erforderlichen Eigenschaften erfüllt. Sie fanden heraus, dass Tartrazin, ein gängiger Lebensmittelfarbstoff, der von der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) zugelassen ist.

Sie stellten fest, dass Tartrazin die Haut, Muskulatur und das Bindegewebe bei lebenden Nagetieren reversibel transparent macht. Bei Tests an gewebemimenden streuenden Hydrogelen und ex‑vivo (entnommenen) biologischen Geweben fanden sie zudem, dass die Bildauflösung auf Mikrometer‑Ebene herabgesetzt werden kann.

Quelle: Science

„Transparente“ Mäuse

In der Praxis bedeutete das, dass die Forschenden unter den richtigen Lichtbedingungen die tieferen Gewebe beobachten konnten, indem sie durch die Haut und Oberflächengewebe der Mäuse sahen.

Quelle: Science

Durch die Verwendung absorbierender Farbstoffmoleküle können wir den typischerweise undurchsichtigen Bauch eines lebenden Mäusens in ein transparentes Medium verwandeln. Dieser „transparente Bauch“ ermöglicht die direkte Visualisierung von fluoreszierend markierten enteralen Neuronen, wobei deren Bewegungen die zugrunde liegende Darmmotilität bei lebenden Mäusen widerspiegeln.

Dieser Ansatz könnte für andere Körperteile der Maus als den Bauch verwendet werden, zum Beispiel für die Kopfhaut einer Maus, um zerebrale Blutgefäße zu visualisieren, und für das Hinterbein der Maus, um hochauflösende mikroskopische Aufnahmen von Muskelsarkomeren zu ermöglichen.

Dies legt auch nahe, dass weitere ähnliche Wirkstoffe entdeckt und eingesetzt werden könnten, möglicherweise mit noch größerer Effizienz und geringeren Kosten sowie einfacher Handhabung.

Investieren in biologische Bildgebung

Seit dem Beginn der modernen Medizin wird der wissenschaftliche Fortschritt durch Verbesserungen der Beobachtungsinstrumente getragen, vom ersten Mikroskop bis zu den heutigen Genomsequenzierern.

Dies gilt auch heute noch, da zahlreiche neue Techniken entstehen, von den hier diskutierten „transparenten“ Mäusen bis zu fortschrittlichen 3D-Visualisierungen lebender Gewebe.

Wenn Sie nicht daran interessiert sind, Biotech- oder medizinische Bildgebungsunternehmen auszuwählen, können Sie auch in ETFs wie Global X Aging Population ETF (AGNG), ARK Genomic Revolution ETF (ARKG) oder Vanguard Health Care ETF (VHT) investieren, die eine diversifiziertere Exposition bieten, um vom wachsenden Longevity‑Gesundheits‑ und Biotech‑Sektor zu profitieren.

Oder Sie können unseren Artikel über die „5 besten Unternehmen für Genomsequenzierung“ konsultieren.

Medizinische Bildgebungs‑ & Datenunternehmen

1. Illumina, Inc.

Illumina ist das führende Genomik‑Unternehmen, bei weitem das größte und etablierteste in der Branche, mit einem Umsatz von 1,2 Mrd. $, der in den letzten 5 Jahren um 11 % CAGR gewachsen ist.

Quelle: Illumina

Wie die meisten Unternehmen für Genomsequenzierung verdient Illumina Geld beim Verkauf der Sequenzierer, vor allem jedoch beim Verkauf der von den Sequenzierern genutzten Verbrauchsmaterialien, wobei der Umsatz pro Maschine in der Regel im Laufe der Zeit steigt, wenn sie zunehmend zur vollen Kapazität genutzt wird.

Das neue Genomsequenzierer‑Modell des Unternehmens, NovaSeqX, ist ein Erfolg, mit insgesamt 390 Auslieferungen im Jahr 2023. Dies hat die Einführung von Massensequenzierungen bei Illuminas Kunden beschleunigt, mit mehr Multi‑Omics‑Analysen (Kombination mehrerer „‑Omics“-Techniken) und größerem Umfang für Einzel‑Zell‑ und räumliche Analysen.

Bei der Diskussion über Illumina ist eine lange Erklärung für eine neue Genomik‑Anwendung nötig, die Krebsdetektion in einer Blutprobe, genannt Liquid Biopsy. Illumina arbeitete an dieser Technologie und spaltete sie dann in ein Unternehmen namens Grail aus.

Grail ist sowohl technisch als auch kommerziell sehr erfolgreich, mit 7.500 Anbietern, die Grails Tests verschreiben, und hat die Marke von 100.000 durchgeführten Tests überschritten. Zudem erkannte es 92 % der Krebsrückfälle bei 6 verschiedenen Blutkrebserkrankungen.

Mehrere Jahre später würde Illumina dieses Unternehmen zu einem deutlich höheren Preis zurückerwerben.

Dies verursachte mehrere Probleme. Erstens äußerten Regulierungsbehörden in den USA und der EU Bedenken hinsichtlich eines Monopolrisikos, da Illumina der Lieferant von Genomsequenziergeräten für viele von Grails Wettbewerbern ist.

Dies führte zu einer Geldstrafe von 432 Mio. € seitens der EU. Wenn diese Entscheidung, die Übernahme zu verbieten, nicht gelöst wird, „Illumina wird Grail innerhalb eines Jahres veräußern, wenn es seine Klage vor dem EU‑Gericht nicht gewinnt.“

Quelle: Illumina

Ein weiteres Problem resultierte aus den Bedingungen des kostspieligen Grail‑Spin‑offs, der Kapitalbeschaffung und der Wiedereingliederung in Illumina.

Aktivistischer Investor Carl Icahn hat den Vorstand des Unternehmens angegriffen und impliziert, dass potenziell unehrliche oder böswillige Geschäfte zugunsten von Insidern gegen die Interessen der Aktionäre durchgeführt wurden. Die SEC untersucht die Angelegenheit ebenfalls.

Bisher wurde der CEO ausgetauscht, ein weiteres Vorstandsmitglied hat das Unternehmen verlassen, 4 neue Vorstandsmitglieder wurden eingesetzt, und Illumina hat ein „Stewardship‑Focused Update“ veröffentlicht. Weitere Details zu diesen Verdachtsmomenten und Anschuldigungen finden Sie in dieser Artikelreihe von Non‑GAAP investing.

Die Aktie des Unternehmens ist seit den Höchstständen im Juli 2021 um fast 80 % gefallen und hat das Niveau von 2013 wieder erreicht.

Dies war eine eher schockierende Situation für ein großes und etabliertes Unternehmen wie Illumina, unabhängig davon, wie wahr diese Anschuldigungen sind, da sie die Management‑Entscheidung, Grail zunächst zu veräußern, schlecht widerspiegelt. Zumindest hat sich dies als kostspieliger Fehler erwiesen.

Investoren werden prüfen wollen, ob sie bereit sind, sich Carl Icahn anzuschließen, einem legendären und umstrittenen Aktivisten‑Investor mit beeindruckender Erfolgsbilanz.

Und ob die schlechte Unternehmensführung der letzten Jahre nun vollständig eingepreist ist und möglicherweise die Bewertung des Unternehmens im Vergleich zu seiner sehr starken Geschäftsführung im Bereich der Genomsequenzierung übermäßig beschädigt hat.

2. 10x Genomics, Inc.

10x Genomics (TXG ) ist ein führendes Unternehmen im Bereich der räumlichen Biologie, das das Genom und das Transkriptom in 3D untersucht und so die Visualisierung der Genaktivität auf zellulärer oder sogar intrazellulärer Ebene ermöglicht.

Das Unternehmen wurde 2012 gegründet, mit Serge Saxonov unter den Gründern, dem Leiter der F&E des personalisierten Genomtestunternehmens 23andMe.

10x Genomics wuchs durch eine Kombination aus F&E (über 1 Mrd. $ in F&E‑Investitionen bisher) und Akquisitionen. Bemerkenswert ist, dass seine Visium‑Plattform 2018 durch die Übernahme von Spatial Transcriptomics erworben wurde.

Quelle: 10x Genomics – 10x Genomics acquisitions timeline

So erwarb 10x Genomics auch seine Xenium‑Plattform durch die Übernahme von Readcoor und Cartana im Jahr 2020.

Im Jahr 2020 wurde zudem die Chromium‑Plattform eingeführt, die ein Jahr später zu Chromium X aktualisiert wurde.

Durch die Übernahme von Tetramer Shop im Jahr 2021 brachte 10x Genomics 2022 BEAM (Barcode Enabled Antigen Mapping) auf den Markt. Sie ermöglicht Forschenden, Komponenten des Immunsystems detailliert zu identifizieren. Dies könnte in der Immunforschung und bei neuen Krankheiten sehr wirkungsvoll sein.

Der Umsatz wuchs im 2. Quartal 2023 um 17 % gegenüber dem Vorjahr, getrieben durch Xenium‑Verkäufe, wobei die Marke von 100 verkauften Einheiten im August 2023 überschritten wurde.

Das Unternehmen erzielte im September 2023 einen kritischen Sieg gegen seinen Hauptkonkurrenten Nanostring. Nanostring ist derzeit in den meisten EU‑Ländern vom Verkauf seiner CosMx Spatial Molecular Imager (SMI)‑Instrumente wegen Patentverletzungen an 10x‑Genomics‑Patenten ausgeschlossen.

Das Unternehmen befindet sich noch in einer frühen Phase, ähnlich den Anfangsjahren von Illumina. Derzeit ist die räumliche Biologie auf die akademische und grundlagenforschende Welt beschränkt. Wie viele Biotechnologien könnte sie jedoch eines Tages weit verbreitet sein, langsam zu einem medizinischen Werkzeug werden und schließlich zu einem „Routine“-Test. In jedem Fall sollte der wachsende Pool installierter Geräte den Verkauf von Verbrauchsmaterialien und das Umsatzwachstum antreiben.