Die Gentherapie ist ein Ansatz zur Behandlung von Krankheiten, bei dem das Erbgut eines Patienten verändert wird, anstatt Medikamente oder Operationen einzusetzen. Die gentherapeutische Behandlung umfasst die Aktivierung eines bestimmten Gens, die Reparatur fehlerhafter Gene oder die Einführung neuer Gene zur Bekämpfung von Krankheiten.

Die Gentherapie ermöglicht die Entwicklung einer personalisierten medizinischen Versorgung sowie die Behandlung von Krankheiten, die mit herkömmlichen Medikamenten und chirurgischen Methoden nicht heilbar sind. Die Entwicklung neuer Gentherapien ist daher ein sehr aktiver Forschungsbereich, insbesondere seit der ersten Genehmigung von Bundesmitteln für die Forschung an menschlichen embryonalen Stammzellen in den Vereinigten Staaten im Jahr 2001.¹

Mit dem Potenzial zur Heilung schwächender Krankheiten und der Unterstützung durch die FDA hat sich die Entwicklung der Gentherapie erheblich beschleunigt. Es gibt jedoch noch viele Herausforderungen zu bewältigen, um die Wirksamkeit und Reproduzierbarkeit der Entwicklung und Herstellung von Gentherapieprodukten zu gewährleisten, was die Entwicklung neuer analytischer Methoden zur Überwachung der Formulierung und der Variabilität von Charge zu Charge erfordert. Die Messung der thermischen Stabilität gentherapeutischer Behandlungen, die Bestimmung von RNA-Kontaminationen sowie die Bestimmung der Ladung und der Serotypen von Arzneimittelprodukten sind alles wichtige Details, die genau charakterisiert und überwacht werden müssen.

Die Differential-Scanning-Kalorimetrie ist ein vielseitiges Instrument, das zur Klärung vieler offener Fragen im Bereich der Gentherapie beitragen kann. Durch die Messung kleiner Temperaturveränderungen einer therapeutischen Produktprobe im Vergleich zu einer Referenzprobe ermöglicht die DSC den Forschern, mit hervorragender Präzision die Veränderungen der Wärmekapazität der Probe zu messen, die sich aus Veränderungen der Struktur der Probe, der Lösungsmittelumgebung und dem erzwungenen Abbau ergeben können. Diese Informationen können dann verwendet werden, um Informationen über Veränderungen der intermolekularen Wechselwirkungen, die Quantifizierung von leeren und vollen Kapsiden und der DNA-Ladung sowie das Design und die Optimierung von LNP abzuleiten.

Ein bedeutender Vorteil der Differential Scanning Calorimetry für die Entwicklung von Gentherapien besteht darin, dass mit ihr Struktur-Eigenschafts-Beziehungen von Proben in ihrer nativen Lösungsumgebung hergestellt werden können. Für viele Mikroskopietechniken müssen Biomoleküle eingefroren und immobilisiert werden. Mit einem Differential-Scanning-Kalorimeter hingegen können die Eigenschaften von Biomolekülen gemessen werden, während sie noch in Lösung sind. Dadurch können Messungen unter Bedingungen durchgeführt werden, die denen in der Praxis ähnlicher sind.

Die Differential-Scanning-Kalorimetrie hat sich zu einem wichtigen Instrument bei der Entwicklung von Arzneimitteln und der Identifizierung von Proteinstrukturen entwickelt. Aufgrund der hohen Empfindlichkeit und Reproduzierbarkeit der Methode bei der Messung spezifischer Phasenübergänge ist sie zu einem Standardinstrument in der pharmazeutischen Entwicklung und biomedizinischen Forschung geworden.²

TA Instruments verfügt über eine große Auswahl an Differential-Scanning-Kalorimetrie-Geräten, die für die Entwicklung von Gentherapien geeignet sind. Die Nano-DSC ist ein unkompliziertes und zuverlässiges Instrument zur Bestimmung der Vergleichbarkeit von Arzneimittelkandidaten, Formulierungen und hergestellten Chargen.³

Die Nano-DSC ist ein unglaublich vielseitiges Instrument für die Messung von Biomaterialien in Lösung und wurde so konzipiert, dass sie selbst kleinste Proteinmengen verarbeiten kann. Dieser Vorteil ist sowohl auf die unglaubliche Empfindlichkeit des Detektors zurückzuführen, der mit nur 2 µg Substrat verwendet werden kann. Die Probenkapillarzelle ist außerdem so konzipiert, dass sie Gesamtvolumina von bis zu 300 µL aufnehmen kann.

Die Empfindlichkeit der DSC-Messungen, selbst bei sehr niedrigen Konzentrationen, ist entscheidend für Carrier-Loading-Messungen, bei denen nur eine geringe Menge an Material in ein Virus oder eine Zelle eingebracht werden kann. Diese Fähigkeit kann genutzt werden, um Formulierungen für die Herstellung von Lipid-Nanopartikeln aus Kapsiden zu optimieren.

Neben einer vollständigen thermodynamischen Charakterisierung kann die Nano-DSC zur Messung der vollständigen Faltungsdynamik von Proteinen und zur Ermittlung der Proteinstabilität in einer Vielzahl von Spezies verwendet werden. Auch die Bindung und Wechselwirkung von Proteinspezies mit anderen Molekülen ist Gegenstand dieser Art von Messungen.

In der Gentherapie werden häufig RNA und DNA als Zielmoleküle verwendet. Um eine Krankheit zu behandeln, kann sich eine therapeutische Behandlung auf eine bestimmte DNA-Region konzentrieren. Die Nano-DSC ist empfindlich genug, um doppelsträngige RNAs und andere Spezies, die eine Kontamination verursachen könnten, zu erkennen. Die Differential-Scanning-Kalorimetrie ist eine wirksame Methode für die Qualitätskontrolle und Freigabetests von therapeutischen Behandlungen sowie für die Verfolgung von Schwankungen von Charge zu Charge.

Die Charakterisierung von Serotypen ist in der Gentherapie von entscheidender Bedeutung, da verschiedene Serotypen derselben Spezies sehr unterschiedliche klinische Sicherheitsprofile aufweisen können. Die Nano DSC bietet eine hohe Messzuverlässigkeit über eine breite Palette von Serotypen innerhalb einer Spezies.

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