B2B-RARE: Bench to Bedside

Schnelle Diagnose und personalisierte Behandlung von seltenen neuromuskulären Krankheiten

NRW, [28 Oktober, 2024] – Mehr als 400 genetisch bedingte neuromuskuläre Erkrankungen (NME) zählen zu den seltenen Erkrankungen. Was sie verbindet, ist das oftmals frühe Versterben oder eine erhebliche körperliche Beeinträchtigung der Betroffenen. Denn bislang gibt es nur für eine Handvoll dieser NME überhaupt Therapien.

Das Konsortium „B2B-RARE – Bench to Bedside“ möchte dies ändern und hat im Rahmen des Innovationswettbewerbs Gesünder.IN.NRW eine Förderzusage im Bereich Innovative Medizin, Gesundheit und Lebenswissenschaften erhalten. Das mit mehr als 2,6 Mio. Euro aus europäischen und Landesmitteln geförderte gleichnamige Projekt will durch von Patient:innen gewonnene Hautzellen in den kommenden drei Jahren marktreife Diagnose- und Therapieverfahren für seltene neuromuskuläre Erkrankungen (NME) entwickeln.

Dabei werden Forschende der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, der Universitätsmedizin Essen, des BG Universitätsklinikum Bergmannsheil Bochum, des Leibniz-Institut für Analytische Wissenschaften – ISAS e.V., des Lead Discovery Center GmbH und von Singleron Biotechnologies GmbH interdisziplinär zusammenarbeiten.

Das Projekt umfasst die Entwicklung personalisierter Therapien für Patienten mit seltenen NME, für die es derzeit keine Behandlungsmöglichkeiten gibt. Zu den Patienten gehören auch Kinder und junge Erwachsene, die bisher keine Aussicht auf Heilung oder zumindest Linderung der Krankheit hatten. Für sie sollen neue Therapieansätze entwickelt werden, die im Sinne eines „bench-to-bedside“-Prinzips (vom Labor zum Krankenbett) direkt in individuelle Heilungsversuche übertragen werden können. Sogenannte Omics-Technologien und Bioinformatik einschließlich künstlicher Intelligenz (KI) werden eingesetzt, um therapeutisch relevante Krankheitsmechanismen zu identifizieren und in die klinische Anwendung zu überführen.

Ausgangspunkt für diesen Ansatz ist die Auswahl der Patienten, die Analyse von Hautbiopsien und die anschließende Phänotypisierung (Klassifizierung des Erscheinungsbildes) der gewonnenen Hautzellen (genauer: Fibroblasten). Diese Phänotypisierung, die von Wissenschaftlern in Düsseldorf, Bochum und Essen durchgeführt wird, soll zu einem Verständnis der zugrunde liegenden Eigenschaften dieser Zellen führen. Da Hautzellen die gleiche genetische Information tragen wie Muskelzellen, können ihre krankheitsverursachenden Veränderungen mit Omics-Technologien untersucht werden. Unter Omics versteht man die ganzheitliche Charakterisierung u.a. aller Gene, Proteine oder Metaboliten (Stoffwechselprodukte). Omics-Daten sind ein wichtiger Ansatzpunkt für die personalisierte Medizin, denn sie geben Aufschluss über individuelle Krankheitsprozesse und mögliche Therapieansätze.

Die Firma Singleron wird die zugrundeliegenden Genaktivitäten (so genannte Transkriptomanalysen) durchführen, während die ISAS-Forscher die entsprechenden Proteine und Metaboliten auf der Basis speziell entwickelter massenspektrometrischer Methoden analysieren.

Suche nach bereits bekannten und unbekannten pharmazeutischen Wirkstoffen

Bioinformatiker des ISAS werten dann die mit Hilfe der KI gewonnenen Omics-Daten aus und vergleichen sie mit Datenbanken bestehender pharmazeutischer Wirkstoffe. Ziel dieser Analysen ist es, geeignete, bereits bekannte Wirkstoffe zu finden, mit denen die im ersten Schritt der NME identifizierten dysregulierten zellulären Prozesse adressiert werden können – und damit für die Behandlung von Patienten eingesetzt werden können. Darüber hinaus wird das Lead Discovery Center nach weiteren potenziell wirksamen Substanzen suchen. Sowohl die neuen als auch bereits bekannte Wirkstoffe werden dann im Labor an den gewonnenen Fibroblasten getestet. In einem weiteren Schritt prüfen die Wissenschaftler die Relevanz der gestörten zellulären Prozesse in Nerven- und Muskelzellen. Vielversprechende Substanzen sollen dann direkt in den Kliniken zur personalisierten Behandlung bei individuellen Heilungsversuchen der Patienten eingesetzt werden.

Insgesamt setzt das Konsortium aus Klinikern, Grundlagenwissenschaftlern und Bioinformatikern bei diesem Forschungsprojekt sowohl auf medizinischen als auch auf gesellschaftlichen Nutzen. Die Verbesserung der Lebensqualität von NME-Patienten durch neue personalisierte Therapien hat nicht nur positive Auswirkungen auf die einzelnen Patienten, sondern auch auf die Gesellschaft.

Überblick über die Projektpartner

Unter der Leitung von Prof. Dr. Tobias Ruck von der BG Universitätsklinikum Bergmannsheil Bochum bringt das Konsortium führende medizinische Forschungseinrichtungen und Industrieunternehmen zusammen.

Dieser synergetische, neuartige Ansatz ermöglicht innovative therapeutische Strategien zur schnelleren Diagnose und Behandlung von NME. Im Mittelpunkt steht dabei die intensive Zusammenarbeit zwischen den Projektpartnern:

Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf, Klinik für Neurologie (vertreten durch Dr. Christopher Nelke, Dr. Christina Menskes und Dr. Menekse Öztürk)
Universitätsklinikum Essen, Klinik für Neuropädiatrie (vertreten durch Prof. Dr. Ulrike Schara-Schmidt und PD Dr. Andreas Roos)
BG Universitätsklinikum Bergmannsheil Bochum (vertreten durch Prof. Dr. Tobias Ruck und Dr. Anne Güttsches)
Leibniz-Institut für Analytische Wissenschaften – ISAS e.V. (vertreten durch Prof. Dr. Albert Sickmann und Prof. Dr. Robert Heyer)
Lead Discovery Center GmbH (LDC), Dortmund (vertreten durch Anne-Katrin Klebl)
Singleron Biotechnologies GmbH, Köln (vertreten durch Dr. Nan Fang und Petro Leka)

Zu den Projektpartnern.

Rapid diagnosis and personalized treatment of rare neuromuscular diseases

NRW, [28 October, 2024] – More than 400 genetically determined neuromuscular diseases (NME) are rare diseases. What unites them is the often early death or a considerable physical impairment of those affected. So far, only a handful of these NMEs have therapies at all.

The consortium “B2B-RARE – Bench to Bedside” wants to change this and has received funding commitment in the field of innovative medicine, health and life sciences as part of the innovation competition Gesunder.IN.NRW.

The project of the same name, which is funded with more than 2.6 million euros from European and state funds, aims to develop market-ready diagnostic and therapeutic procedures for rare neuromuscular diseases (NME) over the next three years using skin cells obtained from patients. Researchers at Heinrich Heine University Düsseldorf, University Medical Center Essen, BG University Hospital Bergmannsheil Bochum, Leibniz Institute for Analytical Sciences – ISAS e.V., Lead Discovery Center GmbH and Singleron Biotechnologies GmbH will work together in an interdisciplinary manner.

The project involves the development of personalized therapies for patients with rare NME, for whom treatment options are currently lacking. Patients also include children and young adults who previously had no prospect of a cure or at least relief from the disease. New therapeutic approaches are to be developed for them, which can be transferred directly into individual healing attempts in the sense of a “bench-to-bedside” principle (from the laboratory to the bedside). So-called omics technologies and bioinformatics including artificial intelligence (AI) are used to identify therapeutically relevant disease mechanisms and transfer them into clinical application.

The starting point for this approach is patient selection, analysis of skin biopsies and subsequent phenotyping (classification of appearance) of the skin cells obtained (more precisely: fibroblasts). This phenotyping, which will be carried out by scientists in Düsseldorf, Bochum and Essen, will lead to an understanding of the underlying properties of these cells. Since skin cells carry the same genetic information as muscle cells, their disease-causing changes can be studied with omics technologies. Omics refers to the holistic characterization of all genes, proteins or metabolites (metabolic products), among other things.

Omics data provide an important starting point in personalized medicine, as it provides information about individual disease processes and possible therapeutic approaches. The company Singleron will carry out the underlying gene activities (so-called transcriptome analyses), while ISAS researchers will analyze the corresponding proteins and metabolites on the basis of specially developed mass spectrometry methods.

Search for already known and unknown active pharmaceutical ingredients

Bioinformaticians at ISAS will then evaluate the omics data obtained with the help of AI and compare it with databases of existing active pharmaceutical ingredients. The aim of these analyses is to find suitable, already known active substances that can be used to address the dysregulated cellular processes identified in the first step in NME – and thus to be used for the treatment of patients. In addition, the Lead Discovery Center will search for other potentially effective substances.

Both the new and already known active ingredients are then tested in the laboratory on the fibroblasts obtained. In a further step, the scientists will test the relevance of the dysregulated cellular processes in nerve and muscle cells. Promising substances are then to be used directly in the clinics for personalized treatment in individual healing attempts in the patients.

Overall, the consortium of clinicians, basic scientists and bioinformaticians focuses on both medical and social benefits in this research project. Improving the quality of life of NME patients through new personalized therapies not only has a positive impact on individual patients, but also on their families and the entire social environment.

Overview of the project partners

Under the leadership of Prof. Dr. Tobias Ruck from BG University Hospital Bergmannsheil Bochum, the consortium brings together leading medical research institutions and industrial companies. This synergistic novel approach enables innovative therapeutic strategies for faster diagnosis and treatment of NME. Central to these goals is intensive cooperation between the project partners:

Heinrich Heine University Düsseldorf, Department of Neurology (represented by Dr. Christopher Nelke, Dr. Christina Menskes and Dr. Menekse Öztürk)
University Medical Center Essen, Department of Neuropediatrics (represented by Prof. Dr. Ulrike Schara-Schmidt and PD Dr. Andreas Roos)
BG University Hospital Bergmannsheil Bochum (represented by Prof. Dr. Tobias Ruck and Dr. Anne Güttsches)
Leibniz Institute for Analytical Sciences – ISAS e.V. (represented by Prof. Dr. Albert Sickmann and Prof. Dr. Robert Heyer)
Lead Discovery Center GmbH (LDC), Dortmund (represented by Anne-Katrin Klebl)
Singleron Biotechnologies GmbH, Cologne (represented by Dr. Nan Fang and Petro Leka)

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