Zwischenbericht von Leibniz-Institut DSMZ GmbH und Fraunhofer ITEM

Im Leibniz-Institut DSMZ GmbH wurde das Phagen-Screening erfolgreich abgeschlossen, es war seit Beginn der Projektlaufzeit die Basis für alle Folgeschritte des Projekts und hat zu einer Auswahl erfolgversprechender Phagen geführt, die in ihrer Kombination eine vergleichsweise hohe bakterielle Wirtsabdeckung von Pseudomonas aeruginosa-Stämmen zeigen.

Eingehende Untersuchung vieler verschiedener Phagen hinsichtlich ihrer Effizienz bei der Zerstörung der Wirtsbakterien und vieler weiterer Aspekte engten schließlich den Kreis möglicher Kandidaten zur Weiterverarbeitung durch das ITEM ein. Grundsätzlich war erwünscht, dass sich die Phagen einerseits in ihrer bakteriellen Abdeckung deutlich ergänzen, um den finalen Abdeckungs-Prozentsatz von Patientenstämmen im klinischen Anteil der Studie zu erhöhen, andererseits war erwünscht, dass sich die Phagen in ihrer bakteriellen Abdeckung überlappen und somit bei Patientenstämmen möglichst oft auch mehr als ein Phage wirksam angreifen kann. Solche vorausschauenden Überlegungen und darüberhinaus eine möglichst hohe genetische und morphologische Vielfalt der Phagen tragen wesentlich zur Effizienz des finalen Phagenprodukts bei und sind in der Biologie der individuellen Phagen begründet. Daher sind Phagen für klinische Anwendung umfassend zu untersuchen und zu vergleichen, immer mit dem Ziel einer erfolgreich gelingenden Hochaufreinigung. Sie müssen demzufolge auch hohe Titer produzieren, stabil bei leichten Temperatur- oder pH-Wert-Schwankungen sein, sich in der geplanten Darreichungsform stabil verhalten etc. Dass diese Faktoren bei vielen Phagen gegeben sind, ist dem glücklichen Umstand der Evolution zu verdanken: Phagen sind die häufigsten lebenden Einheiten der Erde, sorgen für kontinuierlichen turnover eines Drittels der globalen Bakterienmasse und leben als regulative Kraft in unserem eigenen Mikrobiom. Mittlerweile sind drei Phagen als Kandidaten ausgewählt und an das ITEM zur Vermehrung übergeben.

Während im Leibniz-Institut DSMZ GmbH auch weiterhin über den Projektverlauf an der Charakterisierung dieser Phagen gearbeitet wird, um mit fundierten wissenschaftlichen Daten noch mehr über die drei Phagen zu erfahren, z.B. über ihre Wirksamkeit als Phagen-„Cocktail“ im Vergleich zur Wirkung von Antibiotika oder über ihre Effektivität in künstlichen Biofilmen oder artifiziellem Sputum-Medium, begann am Fraunhofer Institut ITEM nach Erhalt der Phagen sofort die vielstufige, komplexe Abfolge von Herstellungsschritten zur Vermehrung und Aufreinigung dieser Kandidaten. Im Moment bemüht sich die Arbeitsgruppe, den Aufreinigungsprozess zu optimieren.

Bei einem kürzlichen Treffen der Projektbeteiligten in Berlin wurde das toxikologische Programm der Präklinik abgestimmt. Ziel ist weitestgehend zu gewährleisten, dass auch kommende Projektabschnitte frühzeitig zwischen den Partnern harmonisiert und an regulatorische Anforderungen angepasst werden, damit die präklinischen Entwicklungsarbeiten zeitnah und geordnet angegangen werden können, sobald Phagenmaterial vom ITEM zur Verfügung steht.

Abstimmung mit den Bundesoberbehörden

Das langfristige Ziel des Verbundprojektes Phage4Cure ist die Zulassung von Bakteriophagen zur Behandlung bakterieller Infektionen. Zwar ist die Therapie mit Phagen seit mehr als einhundert Jahren bekannt, sie weist im Gegensatz zu klassischen Arzneimitteln aber viele Eigenarten auf. Die arzneimittelrechtlichen Zulassungsverfahren orientierten sich bislang an klassischen chemischen und biotechnologischen Wirkstoffen; sie lassen sich deshalb nicht ohne Weiteres auf Bakteriophagen anwenden. Um den Weg zur Zulassung der Phagentherapie pragmatisch zu gestalten, wollen sich die Projektbeteiligten regelmäßig mit den Zulassungsbehörden abstimmen. Schon Ende September 2017 lud das Paul-Ehrlich-Institut (PEI) zu einem Treffen in Langen bei Frankfurt ein. Im Februar 2018 erfolgte dann ein erstes Treffen beim Bundesinstitut für Arzneimittel und Medizinprodukte (BfArM) in Bonn. Mittlerweile ist die Zuständigkeit der Behörden geklärt, das BfArM wird die Entwicklung begleiten.

Das Projektteam zu Besuch beim BfArM (Febr. 2018) V.l.n.r.: Prof. Dasenbrock (ITEM), Dr. Rohde (DSMZ), Dr. Hüser (CRO), Dr. Roß (ITEM), Dr. Hertrampf (CRO), Fr. Lehmann (CRO), Dr. Ziehr (ITEM), Prof. Witzenrath (Charité)
Das Projektteam zu Besuch beim PEI (Sept. 2017) V.l.n.r.: Dr. Rohde (DSMZ), Dr. Uhle (CRO), Dr. Hertrampf (CRO), Dr. Seitz (ITEM), Prof. Witzenrath (Charité), Prof. Dasenbrock (ITEM), Dr. Ziehr (ITEM), Dr. Roß (ITEM), Dr. Hüser (CRO).

Zwischenbericht aus dem Labor der DSMZ

Bakteriophagen gezielt suchen und finden, klonal reinigen und vermehren, charakterisieren und vergleichen, auswählen und bereitstellen für die weitere pharmazeutische Entwicklung: all diese Laborarbeiten bilden die notwendige Phagenbiologie im 1. Teilvorhaben „Auswahl der Phagen“ ab. Ziel ist, für das Verbundvorhaben Phage4Cure mehrere sich im Wirtsspektrum ergänzende Phagen als antiinfektive Komponenten gegen den häufig multiresistenten Keim Pseudomonas aeruginosa verfügbar zu machen.

Elektronenmikroskopische Aufnahme von Pseudomonaden, an denen Bakteriophagen angedockt sind. Copyright M. Rohde, HZI

Hierbei werden eine große Zahl verschiedenster Pseudomonas-Phagen auf ihre Wirksamkeit gegen ein breites Spektrum von Pseudomonaden-Stämmen getestet. Diese Bakterienstämme sind Isolate verschiedener Patientenproben internationalen Ursprungs. Die Phagen stehen vor der Herausforderung, als 2. therapeutische Welle nach einer Antibiotikatherapie den Wettkampf gegen die Infektion zu gewinnen und Bakterien durch Lyse abzutöten. Die schwierigste Frage der Phagenbiologie ist die physikochemische Rezeptorerkennung durch Phagen an Bakterienoberflächen. Dieser Schritt macht Spezifität und Wirtsspektrum des Phagen aus und leitet die bakterizide Wirkung ein, da die Bindung letztendlich zu einer Lyse der Bakterien führt.

In den Laboren des Leibniz-Instituts DSMZ GmbH wird das Phagen-Screening seit Beginn der Projektlaufzeit mit schon jetzt erfolgversprechenden Zwischenergebnissen durchgeführt. Quantitative Vergleiche der Phagen-Effizienz, Wirtsabdeckung, Morphologie und genetische Ausstattung der Phagen erzeugen Bewertungsmuster, die in Kürze den nächsten entscheidenden Meilenstein für Phage4Cure einleiten: die Festlegung der therapeutisch am besten wirksamen Phagenarten und deren Überführung an das Fraunhofer ITEM. Das Fraunhofer Institut wird dann eine Abfolge von Herstellungsschritten zur Vermehrung und Aufreinigung der Phagen entwickeln, an deren Ende pharmazeutisch reine Phagen für die sich anschließenden Projektschritte stehen werden.

Medientipp

Am 18. Oktober 2017 sendete 3sat innerhalb der Serie „Unsere Zukunft“ eine Dokumentation über die weltweite Antibiotikakrise. Der Film beleuchtet die gegenwärtige Problematik sehr gut und ist mittlerweile auch bei Youtube abrufbar. Das Projekt Phage4Cure wird (nicht namentlich) ab ca. Minute 43:00 angeschnitten. (Update März 2018: das Video ist bei Youtube nun leider nicht mehr verfügbar)