Fraunhofer-Institut für Zelltherapie und Immunologie, Institutsteil Bioanalytik und Bioprozesse
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Magnetic robotic station - Aptamere
© Fraunhofer IZI-BB
Magnetic robotic station - Aptamere

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Funktionelle Nukleinsäuren - Aptamere

Das Ziel der Arbeitsgruppe Funktionelle Nukleinsäuren – Aptamere ist vor allem die Entwicklung neuer innovativer Produkte auf der Basis von Aptameren. Dies beinhaltet sowohl die Generierung, Synthese und Funktionalisierung von Aptameren sowie deren Integration in unterschiedliche Anwendungen. Dabei wird eine enge Zusammenarbeit mit der Industrie und Forschungseinrichtungen angestrebt.

Aptamere sind in erster Linie kurze, einzelsträngige DNA- und RNA-Moleküle mit der besonderen Eigenschaft, Zielmoleküle ähnlich wie Antikörper hochaffin und hochspezifisch zu binden. Die äußerst breiten Einsatzmöglichkeiten von Aptameren in analytischen, diagnostischen und therapeutischen Anwendungen machen sie zu sehr universellen Bindemolekülen.

Einzelne Schwerpunkte sind die Generierung von neuen Aptameren mittels eines automatisierten In-Vitro-Selektionverfahrens und eines effizienten Monitoring- und Managing-Verfahrens sowie die Entwicklung von aptamerbasierten Nachweisverfahren, wie beispielsweise Streifentests oder sogenannte Aptasensoren.

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APTACHIP – Aptamer array chip for monoclonal antibodies real time quantification in bioreactor (EuroTransBio)#

Logo-EuroTransBio

Das Ziel des APTACHIP-Projekts ist die Entwicklung eines Aptamer-basierten Biosensors, welcher die Echtzeitmessung von biochemischen Spezies im Wachstumsmedium eines Bioreaktors erlaubt. Zur Demonstration der Funktionalität (Machbarkeitsbeweis) wird der Aptasensor zunächst zum Nachweis von monoklonalen Antikörpern ausgerichtet. Ein solcher Biosensor kann zukünftig für den quantitativen Nachweis verschiedener chemischer Spezies dienen und vor allem für die Optimierung der Nährstoffversorgung eines Bioreaktors genutzt werden. Neben dem Bioreaktormarkt soll das Aptasensor-Konzept durch weitere FuE-Leistungen im Projektanschluss auch an den Einsatz in den Bereichen Wasserkontrolle, Lebensmittelsicherheit sowie industrielle Prozesskontrolle angepasst werden.

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Methoden#

  • Verfahren zur Generierung hochaffiner und hochspezifischer RNA- und DNA-Aptamere
  • Halbautomatisierter In-vitro-Selektionsprozess zur Anreicherung von Target-affinen Nukleinsäure-Pools inklusive eines effektiven Monitoring- und Managing-Verfahrens
  • Sequenzanalyse von Nukleinsäure-Pools
  • Charakterisierung und Optimierung von Aptamersequenzen
  • Analyse der Diversität von Nukleinsäure-Pools (DANA)
  • Fluoreszenz-basierter Aptamer Bindungsassay (FLAA)
  • Oberflächenplasmonresonanz (SPR) Bindungsstudien
  • MikroScale Thermophorese (MST) Bindungsstudien
  • Durchflusszytometrie (FACS) Bindungsstudien
  • Synthese von RNA- und DNA-Aptameren inkl. chemischer Modifikationen

Geräte und Anlagen#

  • Molekularbiologische Labore mit Sicherheitsstufe 1 und 2
  • KingFisher Duo Magnetic Partical Processor für SELEX-Prozess mit Plattenfunktion
  • KingFisher BioSprint 15 für SELEX-Prozess
  • PCR Workstation mit HEPA-Filter
  • Spektralphotometer UV/VIS
  • Mikrotiterplatten-Fluorometer
  • Mikrotiterplatten-Spektrophotometer
  • Biacore (X, TM T200)
  • Nanotemper (Monolith NT.115)

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  • Fraunhofer-Institut IKTS-MD, Dresden
  • GeSIM mbH, Grosserkmannsdorf
  • Ipratech, Belgien
  • Multitel, Belgien

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  • Kutovyi Y., Hlukhova H., Boichuk N., Menger M., Offenhäusser A., Vitusevich S. (2020), Amyloid-beta peptide detection via aptamer-functionalized nanowire sensors exploiting single-trap phenomena, Biosensors and Bioelectronics 154, 112053, doi:10.1016/j.bios.2020.112053.
  • Kutovyi Y., Li J., Zadorozhnyi I., Hlukhova H., Boichuk N., Yehorov D., Menger M., Vitusevich S. (2020), Highly Sensitive and Fast Detection of C-Reactive Protein and Troponin Biomarkers Using Liquid-gated Single Silicon Nanowire Biosensors, MRS Advances, 4(64). doi:10.1557/adv.2020.60.
  • Sass S., Stöcklein W.F.M., Klevesath A., Hurpin J., Menger M. and Hille C. (2019), Binding affinity data of DNA aptamers for therapeutic anthracyclines from microscale thermophoresis and surface plasmon resonance spectroscopy, Analyst. 144(20), 6064-6073, doi:10.1039/C9AN01247H.
  • Hlukhova H., Menger M., Offenhäusser A., Vitusevich S. (2018), Highly Sensitive Aptamer-Based Method for the Detection of Cardiac Biomolecules on Silicon Dioxide Surfaces, MRS Advances, 3(27), 1535-1541. doi:10.1557/adv.2018.332.
  • Czepluch D., Menger M. (2018), Highly specific aptamers for analytics and therapeutics, q&more, 28.06.2018, http://q-more.chemeurope.com/q-more-articles/259/highly-specific-aptamers-for-analytics-and-therapeutics.html.
  • Bahner N., Reich P., Frense D., Menger M., Schieke K., Beckmann D. (2018), An aptamer-based biosensor for detection of doxorubicin by electrochemical impedance spectroscopy, Anal Bioanal Chem. 410(5), 1453-1462. doi: 10.1007/s00216-017-0786-8.
  • Menger M, Yarman A, Erdőssy J, Yildiz HB, Gyurcsányi RE, Scheller FW. MIPs and Aptamers for Recognition of Proteins in Biomimetic Sensing. Biosensors (Basel). 2016 Jul 18;6(3). pii: E35. DOI dx.doi.org/10.3390/bios6030035
  • Hacht AV, Seifert O, Menger M, Schütze T, Arora A, Konthur Z, Neubauer P, Wagner A, Weise C, Kurreck J. Identification and characterization of RNA guanine-quadruplex binding proteins. Nucleic Acids Res. (2014), 42 (10): 6630-6644; DOI dx.doi.org/10.1093/nar/gku290. PMID: 24771345.
  • Schütze T, Wilhelm B, Greiner N, Braun H, Peter F, Mörl M, Erdmann VA, Lehrach H, Konthur Z, Menger M, Arndt PF, Glökler J. Probing the SELEX Process with Next-Generation Sequencing. PLoS ONE. (2011), 6(12): e29604; DOI dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0029604. PMID: 22242135.
  • Schütze T, Arndt PF, Menger M, Wochner A, Vingron M, Erdmann VA, Lehrach H, Kaps C, Glökler J. A calibrated diversity assay for nucleic acid libraries using DiStRO—a Diversity Standard of Random Oligonucleotides. Nucleic Acids Res. (2010), 38(4): e23; DOI dx.doi.org/10.1093/nar/gkp1108. PMID: 19965765.
  • Menger M. Aptamere – Generierung und Applikation. GenomXPress. (2009), 1.09: 17-19.
  • Wochner A, Menger M, Orgel D, Cech B, Rimmele M, Erdmann VA, Glökler J. A DNA aptamer with high affinity and specificity for therapeutic anthracyclines. Anal Biochem. (2008), 373(1): 34-42. PMID: 17931589.
  • Wochner A, Cech B, Menger M, Erdmann VA, Glökler J. Semi-automated selection of DNA aptamers using magnetic particle handling. Biotechniques. (2007), 43(3): 344, 346, 348 passim. PMID: 17907577.
  • Wochner A, Menger M, Rimmele M. Characterisation of aptamers for therapeutic studies. Expert Opin Drug Discov. (2007), 2(9): 1205-1224. PMID: 23496129.
  • Menger M, Glokler J, Rimmele M. Application of aptamers in therapeutics and for small-molecule detection. Handb Exp Pharmacol. (2006), (173): 359-373. PMID: 16594625.