Zellen mit besonderen Ansprüchen – An der Uni Potsdam entsteht ein neues Nachweissystem für das Coronavirus SARS-CoV-2

Prof. Dr. Katja Hanack (M.) und Anja Hönow (l.) im Interview
Die Arbeitsgruppe von Katja Hanack hat ein neuartiges Testsystem für das SARSCoV-2-Virus entwickelt. | Foto: Tobias Hopfgarten
Foto : Tobias Hopfgarten
Prof. Dr. Katja Hanack (M.) und Anja Hönow (l.)
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Die Arbeitsgruppe von Katja Hanack hat ein neuartiges Testsystem für das SARSCoV-2-Virus entwickelt.

Corona-Tests sind ein wichtiges Instrument der Pandemiebekämpfung. Antigen-Schnelltests liefern in wenigen Minuten ein Ergebnis, sind aber relativ ungenau. PCR-Tests garantieren ein sicheres Resultat, benötigen aber wesentlich länger. Ein Forschungsteam um die Stiftungsprofessorin Katja Hanack möchte mithilfe von menschlichen Immunzellen und einer künstlich nachgebauten Virushülle ein Nachweissystem entwickeln, das die Vorteile beider Methoden in sich vereint, das schnell und genau ist.

„Das ist meine persönliche Kostbarkeit“, sagt Anja Hönow und lacht. Vorsichtig trägt die Wissenschaftlerin die Laborschälchen aus dem Kulturschrank zur Sicherheitswerkbank, wo sie unter sterilen Bedingungen arbeiten kann. Die Zellen, die in den Gefäßen mit einer gelblichen Flüssigkeit wachsen, müssen mit frischem Nährmedium versorgt werden. Und es sind tatsächlich besondere Zellen, die ursprünglich aus dem Serum von Blutspenden stammen. Das Besondere daran: Die Spenderinnen und Spender haben eine Corona-Infektion überstanden. Ihr Immunsystem kennt das Virus und hat Zellen ausgebildet, die bei einem erneuten Kontakt massenhaft Antikörper bilden, die die Erreger rasch ausschalten. Aus genau solchen Zellen – den sogenannten BLymphozyten – hat Anja Hönow in einem aufwendigen biotechnologischen Verfahren eine sogenannte Hybridomzelllinie geschaffen. Diese Zellen können außerhalb des Körpers überleben, teilen sich unendlich weiter und produzieren jede Menge Antikörper. Zweimal in der Woche benötigt die Kultur frische Nährstoffe, um zu wachsen.

Ein Nachweis für das gesamte Virus

Die kostbaren Zellen sind Teil eines aktuellen Forschungsprojekts zum neuartigen Coronavirus SARSCoV- 2. „Wir wollen ein zertifiziertes Testsystem entwickeln, mit dem wir das Virus direkt nachweisen können“, beschreibt Projektleiterin Katja Hanack, Stiftungsprofessorin für Immuntechnologie, das Ziel ihrer Forschung. Damit unterscheidet sich das angestrebte Nachweissystem von bisher etablierten Tests: Die üblichen Antigen-Schnelltests weisen spezielle Proteine der Virusoberfläche nach. „Unser Nachweis soll aber nicht nur ein Bruchstück, sondern tatsächlich das gesamte Virus detektieren“, erklärt Hanack. „Extrem genau, sicher und trotzdem schnell“ soll dieser Test sein.

Um einen solchen Test zu entwickeln, benötigen die Forschenden humane Antikörper, die das Viruspartikel binden können. Im menschlichen Blut existieren Millionen verschiedener B-Lymphocyten, die jeweils ganz spezifische Antikörper für verschiedene Krankheitserreger produzieren. Katja Hanack und ihr Team haben eine eigene patentierte Technologie entwickelt, um daraus rasch genau jene B-Lymphozyten zu isolieren und zu aktivieren, die Antikörper gegen SARS-CoV-2 produzieren. Zwei bis drei Wochen dauert dieser Prozess, der inzwischen sehr gut etabliert ist.

Die eigentliche Herausforderung ist es aber, ein stabiles System zu entwerfen, in dem sich die Zellkulturen, die sich aus einer einzelnen Zelle heraus entwickeln, über lange Zeit zuverlässig wohlfühlen. Das Ziel sind Zelllinien, die unter Laborbedingungen kultiviert werden können und als kleine Antikörperfabriken permanent Antikörper produzieren. Mit solchen Zellkulturen kann ein Referenzantikörper in unbegrenzten Mengen und in gleichbleibender Qualität hergestellt werden. „Wir wollen am Ende die Ergebnisse nicht nur einmalig publizieren, sondern eine belastbare, vermarktungsfähige Technologie haben“, betont Katja Hanack.

Alter, Genetik oder Lebensstil beeinflussen die Immunzellen

Die menschlichen Immunzellen machen ihrem Forschungsteam diese Aufgabe nicht leicht. „Manchmal habe ich schon schlaflose Nächte deswegen“, gibt Anja Hönow zu. „Man muss lernen, die Zellen zu verstehen.“ Während die Technologie für Zellen aus Mäusen schon gut etabliert ist, sind humane Hybridomzelllinien im Labor relativ neu – und nicht so leicht zufriedenzustellen. „Menschliche Zellen sind anspruchsvoller als Mauszellen“, sagt Hönow. Um gut zu wachsen, benötigen sie Strukturen oder ein Milieu, die dem ähneln, was die Zellen im Körper vorfinden – ein „Zuhause“, wie Katja Hanack es nennt. „Sie mögen es außerdem, im Verband zu leben“, ergänzt Hönow. „Man könnte auch sagen, sie sind kuschelbedürftig.“ Durch Ausprobieren und Beobachten tastet sie sich langsam an die Bedürfnisse ihrer Zellkulturen heran.

Mit den Blutproben der Spender haben sich die Forscherinnen weitere Herausforderungen ins Labor geholt. Denn die Zellen unterscheiden sich ganz erheblich in Qualität, Anzahl, Beschaffenheit oder Genetik. Lebensstil, genetischer Hintergrund, Medikamente oder Alter – all das beeinflusst die Zellen der Immunabwehr. „Wir sehen auch, wenn jemand zum Blutspenden gegangen ist, der krank ist“, erklärt Katja Hanack. Dann sind die Zellen weniger vital als bei kerngesunden Menschen.

Um zu einem verbesserten Nachweissystem für das Coronavirus SARS-CoV-2 zu gelangen, arbeitet das Team um Katja Hanack eng mit der Charité in Berlin zusammen. Im Labor werden dort Coronaviren nachgebaut, die aber keine Erbinformation enthalten. „Es ist nur die äußere Virushülle“, erklärt Katja Hanack. Fachleute bezeichnen diese Bausteine als virusartige Partikel. Ein solches Partikel kann keinen Menschen infizieren, besitzt aber alle notwendigen Informationen, um von Nachweissystemen erkannt zu werden. Die Potsdamer Forschenden benötigen diese Partikel, um das Testsystem aufzubauen und zu validieren. „Es muss alles miteinander harmonieren – die verwendeten Antikörperpärchen und die Viruspartikel“, erklärt Hanack.

Grundlagen für mögliche Coronamedikamente

Schon jetzt wissen die Forschenden, dass ihre im Labor produzierten Antikörper sich an die Oberflächenstrukturen der Viren anheften können. Nun wird getestet, ob sie die Viren auch neutralisieren können. Dann wären diese Biomoleküle nicht nur Kandidaten für ein effektives Testsystem, sondern auch für einen Wirkstoff, mit dem man an Pharmafirmen herantreten könnte, um Medikamente zu entwickeln. Da die in Katja Hanacks Labor produzierten Antikörper menschlichen Ursprungs sind, wären sie auch besonders gut für den therapeutischen Einsatz im Menschen geeignet.

Aber zunächst geht es um das Nachweissystem. „Dieses soll so schnell wie möglich auf den Markt“, sagt Katja Hanack. Bereits im Mai 2021 wurde ein erster Prototyp fertiggestellt. Bis zum Ende der Projektlaufzeit im Oktober soll auch die Zertifizierung abgeschlossen sein, sodass der neue Test noch in diesem Jahr eingesetzt werden kann. „Das war auch die Bedingung der Förderung durch das Forschungsministerium“, erklärt Hanack. „Es geht ja darum, das System noch während der Pandemie auf die Beine zu stellen.“ Für die in ihrem Labor entwickelten Zellkulturen, die humane Antikörper produzieren, sieht sie darüber hinaus noch zahlreiche weitere Verwendungsmöglichkeiten. „Das ist ein großer Markt, auf dem wir uns etablieren und weiterentwickeln wollen.“

Das Projekt

„CORONA – Entwicklung eines zertifizierten in vitro Diagnostikums (IVD) für die verlässliche Bestimmung von COVID-19 spezifischen Immunreaktionen im humanen Serum“ ist ein Forschungsprojekt zur Entwicklung eines Testsystems für neuartige Coronaviren.

Laufzeit: 11/2020 – 12/2021
Förderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Beteiligt: Universität Potsdam, Charité – Universitätsmedizin Berlin, WIMEDKO GmbH, CellTrend GmbH, sifin diagnostics GmbH

Die Forscherinnen

Prof. Dr. Katja Hanack studierte Biologie in Rostock und Berlin. Seit 2015 ist sie Stiftungsprofessorin für Immuntechnologie an der Universität Potsdam. Die Professur wurde durch das Programm InnoProfile Transfer des Bundesministeriums für Bildung und Forschung gefördert.
E-Mail: katja.hanackuni-potsdamde

M.Sc. Anja Hönow studierte Biotechnologie an der Beuth Hochschule für Technik Berlin und forscht seit 2015 in der Arbeitsgruppe Immuntechnologie.
E-Mail: anja.hoenowuni-potsdamde

 

Dieser Text erschien im Universitätsmagazin Portal Wissen - Zwei 2021 „Aufbruch“ (PDF).