Die Electrospray-Massenspektrometrie (ESI-MS) und ihre Kopplung an Flüssigchromatographie (LC/MS) haben die biologische und pharmazeutische Forschung in den letzten zwanzig Jahren revolutioniert. In der Pharmaforschung wird sie am meisten für pharmakokinetische und metabolische Untersuchungen eingesetzt, aber auch in der biochemischen Grundlagenforschung und der Qualitätskontrolle. Aber:

Massenspektrometrie wird in der frühen Forschung zu wenig genutzt

Obwohl die Technologie ausgereift ist, wird sie nicht angemessen in der frühen ‹drug discovery› genutzt, und zwar aus folgenden Gründen:

Im Gegensatz zu der Entwicklung muss die Discovery ihre Ressourcen auf viele Projekte verteilen und zögert deshalb sehr, investitionsintensive Technologien zu adoptieren oder zentrale Plattformen aufzubauen
Die zeitgenössische Ausbildung von Biologen und Biochemikern präsentiert Massenspektrometrie einseitig als Technik für die Proteinidentifikation. Andere Anwendungen sind weitgehend unbekannt.
Aus diesen Gründen müssen LCMS Anliegen der Biologie von der frühen Entwicklung bearbeitet werden, und dort haben sie eine niedere Priorität

Machen Sie Ihrer Projektbiologie MS-Technologien zugänglich! Es gibt viele flexible und hochkompetente Dienstleistungslabors. Nutzen Sie mit uns die ‹external Innovation›: Diskutieren Sie die Machbarkeit mit einem ‹alten Hasen› und entwickeln Sie mit uns eine etappierte Methodenentwicklungsstrategie.

Einige Discovery-Anwendungen haben noch viel Potential:

Biochemisches Screening und Hitqualifikation

Die biochemischen Umsetzungen, die im Screening normalerweise mit optischen Methoden gemessen werden, lassen sich mit Massenspektrometrie mit grösserer Relevanz messen, weil Originalsubstrate und -Produkte gemessen werden und nicht optisch ‹gelabelte› Analoge. Ausserdem ist die Methode fast unbeschränkt multiplex-tauglich, d.h. mehrere Analyten können gleichzeitig gemessen werden. Der Nachteil der Methode ist ihr wesentlich geringerer Durchsatz und ihre Inkompatibilität mit gewissen beliebten Puffersystemen.

Mittlerweile gibt es kommerzielle LC/MS Geräte für das Screening, die zunehmend eingesetzt werden und eine extrem interessante Kombination von Ultraschall-Dispensing mit MS-Detektion.

Biophysikalische Massenspektrometrie

Direkte (native-MS) und Affinitätschromatographie-basierte Methoden werden zunehmend zur Hit-validierung eingesetzt, weil sie gleichzeitig Information über Bindung, Identität und Oligomeriestatus der Bindungspartner liefern. Chemische Umsetzungen können in Echtzeit verfolgt werden. Neueste Entwicklungen führender Forschungsgruppen versprechen eine dramatische Erhöhung des Probendurchsatzes..

Target response Biomarker

Wenn die LC/MS-Methodenentwicklung gleichzeitig mit dem Projekt gestartet wird, kann LC/MS zur Target validation eingesetzt werden und später das Projekt begleiten: Man kann zelluläre und biochemische assays auslesen und überprüfen, man kann transgene Tiere untersuchen und sogar schon früh Patientenproben messen. Das Projekt hat dann einen ‹translationalen Biomarker›, der besonders für die ‹Proof of principle› Diskussionen bei der ‹entry into portfolio› nützlich sind, aber auch bei der Dosisfindung in safety-Studien und der Bestimmung der ‹target occupancy›.

Eine Studie von Astra-Zeneca zeigt, dass Projekte mit solchen Biomarkern einerseits rascher vorankommen und andererseits mit grösserer Gewissheit aufgegeben werden können [1]. Das war auch unsere Erfahrung bei Roche – wir hatten ein eindrückliches analytisches Portfolio von Neurotransmittern über Hormonen, Lipokinen, Lipiden und vielen Zwischenprodukten des Energiestoffwechsels.

Die Methode ist besonders erfolgreich in den Indikationsgebieten Metabolic and Cardiovascular, kann aber auch in der Neurologie-, Ophtalmologie- und Antibiotikaforschung eingesetzt werden. Die von uns erfolgreich bearbeiteten Targets umfassten vor allem Enzyme, aber auch GPCR’s wie Rezeptoren und Transporter.

Krankheitsmarker und Metabolomics

Das Anwendungsgebiet ‹Metabolomics› hat in der Industrie eine zweifelhafte Reputation, wohl weil es einerseits unvorhersehbare und oft enttäuschend undeutliche Ergebnisse liefert, aber auch weil es teuer ist und daher erst viel zu spät, unter Zeit- und Kostendruck und asynchron mit anderen Methoden eingesetzt wird: -Omics Untersuchungen müssen konzertiert, aus den gleichen Proben desselben biologischen Systems durchgeführt und die Daten gemeinsam und gleichzeitig ausgewertet werden (Proteomics, Transcriptomics und Metabolomics). Leider ist mir in meiner Laufbahn kein solcher Fall begegnet. Das möchte ich gerne ändern-

Nutzen Sie externe Ressourcen

Heutzutage gibt es für jeden Aspekt der Arzneimittelentwicklung sehr flexible Dienstleister, und das Forschungsmanagement möchte diese vermehrt nutzen. Das Problem besteht in der Vermittlung zwischen den Projektleitern und den Fachspezialisten – einer Art Sprachproblem – und in der organisatorischen Komplexität mit Proben- und Datenlogistik, Einkaufs- und Rechtsabteilung.

Nutzen Sie smv3.ch

Als Mitglied von mehreren Projektteams kenne ich die politische Mechanik in der Forschung. In meiner früheren Funktion als Leiter der Massenspektrometrie-Sektion in Roche’s ‹Discovery Technologies› hatte ich die einmalige Chance, mit einem Team kompetenter und engagierter Spezialisten die oben erwähnten Gebiete bearbeiten zu können. Als langjähriger Lektor an der Uni Basel setze ich mich für die Ausbildung ein. Gerne gebe ich mein Praxiswissen an Jüngere und Kollegen weiter.

Fragen kostet nichts

Kontaktieren Sie mich für:

Entwicklung von Biomarkerstrategien für Ihr Projekt
Aufsetzen von Kollaborationen (zB geeignete Servicelabore identifizieren)
Einführung von biophysikalischen MS-Methoden
Bioanalytische LC/MS Ausbildung
LC/MS Instrumentenevaluation

Mü

[1] Cook, D., D. Brown, R. Alexander, R. March, P. Morgan, G. Satterthwaite and M. N. Pangalos (2014). «Lessons learned from the fate of AstraZeneca’s drug pipeline: a five-dimensional framework.» Nat Rev Drug Discov 13(6): 419-431.