Digitaler Nanoporen-Sequenzierer

Ziel des Projektes ist es, einen sogenannten „Interactome Profiler“ zu entwickeln, der über molekulare Wechselwirkungen in einer Zelle Aufschluss gibt und darüber, wie die epigenetischen Modifikationen einzelner Moleküle  das Interaktom beeinflussen. Durch eine hochparallele Anordnung von einzelnen Nanoporen und ein digitales Auslesen können damit krankheitsassoziierte epigenetischer Faktoren, wie Methylierung von DNA und die posttranslationale Modifikationen von Proteinen analysiert werden. Wir werden aus Blut angereicherte T-Zellen und sogenannte extrazelluläre Vesikel (EV) auf epigenetische Veränderungen charakterisieren, um vielversprechende Biomarkerkandidate zu identifizieren, und somit eine Basis für die zukünftige Anwendung der Nanoporen in der Flüssigbiopsie-basierten Diagnostik vorzubereiten.

Bereits in der ersten Umsetzungsphase sollen eine Reihe von Produkten und Dienstleistungen entstehen und Methoden generiert werden, die bereits in den Umsetzungsphasen 2 und 3 eigenständig vermarktet werden können.

Die am Projekt beteiligten KMU sichern die Marktfähigkeit der geplanten Ansätze:

1) Als Technologielieferant, Hersteller und Inverkehrbringer entwickelt Actome GmbH innovative Assays, die epigenetische Veränderungen hochsensitiv, quantitativ und in geringsten Volumina im Picoliter-Bereich nachweisen. Mit ihrer softwareseitigen Expertise unterstützt Actome bei der Anwendung bioinformatischer Methoden und KI-Algorithmen, um die potentiellen Wechselwirkungen 2) Computomics GmbH wird mit seiner Expertise in maschinellem Lernen sowie in der Sequenzdatenanalyse zur Identifizierung von Biomarkern beitragen und eine Ressource implementieren und zur Verfügung stellen, die die genomischen, epigenomischen, transkriptionellen sowie phänotypischen Patientendaten sowie die Korrelationen dieser Daten untereinander visuell darstellen kann.

3) Das 2014 aus dem Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) ausgegründete Start-up Scomics GmbH untersucht mithilfe der Antikörper-Mikroarray-Plattform „scioDiscover“ rund 1.300 biomedizinisch hochrelevante Proteine. Für die Identifizierung von posttranslationale Proteinmodifikationen im Kontext einer nicht-invasiven Diagnostik erweitert Sciomics die analytischen Möglichkeiten um ein hochparalleles Screening von Modifikationen wie Methylierung und Acetylierung und bringt hierbei mit eine weltweit führende Multiplex-Plattform für eine Antikörper-basierte Suche nach Proteinbiomarkerkandidaten ein.

4) Die Q-bios GmbH ist spezialisiert auf die Produktion von DNA-Polymerasen für PCR-Anwendungen. Sie wird die isothermen Amplifikation unter Nanoporenbedingungen realisieren und dabei das Recombinase-Polymerase-Amplification-System bereitzustellen, und die benötigten Enzyme so weit zu modifizieren bzw. ein Proteinmodelling für Enzyme mit neuen Eigenschaften durchzuführen, so dass das System auch unter den hochsalinen Bedingungen durchgeführt werden kann.

5) Als weltweit agierender Serienhersteller von mikrostrukturierten und nanostrukturierten Folien, Spritzgussteilen sowie Spritzgusseinsätzen und funktionalen Oberflächen stellt die temicon GmbH für das Projekt Picoliter-Well-Chips her. Abschließend wird die metallische Beschichtung der Chips untersucht, um eine elektrische Kontaktierung zu ermöglichen.

Eine Universität mit einem Universitätsklinikum und einer Forschungseinrichtung garantieren ein hohes wissenschaftliches Niveau und klinische Relevanz des Projekts: 

Die Albert-Ludwigs-Universität Freiburg ist eine der führenden deutschen Forschungsuniversitäten und das Universitätsklinikum Freiburg ist eine weltweit führende universitäre Einrichtung der medizinischen Maximalversorgung und die viertgrößte deutsche Universitätsklinik. Epigenetik und Onkologie zählen zu den wichtigsten Forschungsschwerpunkten. Im Projekt übernimmt das UKF die ersten Schritte in der Implementierung der Nanoporentechnologie für die Beantwortung der klinischen Fragestellung, z.B. in der Diagnostik für die Detektion der Therapie-relevanten epigenetischen Veränderungen.

Das Hahn-Schickard Institut, agiert als Forschungsdienstleister und Innovator und entwickelt zusammen mit Partnern intelligente Produkte, von der Idee bis zur Fertigung. Im P3 Projekt, um Proteininteraktionen über den Nanoporen-Sequenzierer nachzuweisen, wird HS bestehende Technologien weiterentwickeln und auf das spätere Analyseformat anpassen, z.B. hinsichtlich der eingesetzten Biomoleküle oder der entsprechenden biologischen Marker. Weiteren bedeutende Aufgabe ist die anschließende Optimierung des Verfahrens und die Integration in einer Gesamtplattform.