Lukrative pharmazeutische Anwendungen puschen den Absatz
DNA-Chips erobern den Weltmarkt

Mikrochips lösen in der Gentechnik immer komplexere Aufgaben. Neben der Sequenzanalyse von kompletten Genomen wird die Suche nach Zielmolekülen für Arzneimittel und molekularen "Störenfrieden" für die Wirkung von Arzneien immer wichtiger.

Handelsblatt. Bei der Analyse von Erbmaterial sind DNA-Chips unverzichtbar. Auf einem daumennagelgroßen Träger aus Glas oder Polypropylen lassen sich heute bis zu einer Million Sondenmoleküle, etwa Fragmente des Erbmoleküls DNA verankern. Sie "angeln" sich gezielt nur den komplementären Molekülpartner aus dem Probenmaterial heraus. Bindet das passende Molekülfragment an die mit einem Fluoreszenzfarbstoff ausgerüstete Sonde, löst das ein Lichtsignal aus. Eine hochempfindliche Digitalkamera, die mit einem Computer verbunden ist, registriert die unterschiedlichen Lichtintensitäten. Aus der Verteilung der Fluoreszenzsignale auf dem Chip errechnet der Computer, welche Molekülsequenzen in der Probe vorhanden und aktiv sind.

Positive Entwicklung der molekularen Chiptechnologie

Das Verfahren, das Mikrostrukturtechnologie, Molekularbiologie und Informatik zu einer neuartigen Anwendung verschmolzen hat, garantiert eine hohe Parallelisierung und damit Zeit- und Kostenersparnis. Die anderer Seite: Die Technik erzeugt große Datenmengen, die für die unterschiedlichsten Fragestellungen aufgearbeitet werden müssen - eine Aufgabe, an der Bioinformatikspezialisten arbeiten. Auch fehlen international verbindliche Regeln und Normen für die Chiptechnologie, die einen standardisierten Datenvergleich ermöglichen. Trotz solcher Engpässe hat sich die molekulare Chiptechnologie seit ihrer kommerziellen Einführung 1993 durch den US-Hersteller Affymetrix explosiv entwickelt. Den technologischen Vorsprung hat das Unternehmen mit einem globalen Marktanteil von 63,7 % bis heute halten können. Weit abgeschlagen folgen andere Anbieter mit nennenswerten Weltmarkt-Anteilen: Genometrix 17 %, Incyte Pharmaceuticals 11,3 %, Research Genetics 4,3 %, Clontech 3,1 %.

Die Pharmaindustrie setzt auf die Chiptechnologie

In der pharmazeutischen Forschung verspricht die Technologie mit der zielgerichteten Diagnose und ursächlichen Therapie molekular bedingter Krankheiten völlig neue Ansätze. Die Pharmaindustrie setzt auf die Chiptechnologie, denn sie erhofft damit eine Vielzahl neuer molekulargenetischer und damit zielgenauer Angriffspunkte für wirksamere Arzneimittel. Ein neuer Zweig ist die Pharmakogenomik, die Wechselwirkungen zwischen Medikamenten und der molekulargenetischen Ebene untersucht. Kleinste, individuelle Veränderungen im Erbgut eines Patienten können dafür ursächlich sein, wenn ein Medikament nicht richtig anschlägt, oder es zu unerwünschten Nebenwirkungen kommt. Einige dieser Genvarianten bewirken, dass etwa ein Wirkstoff zu schnell oder zu langsam vom Stoffwechsel aufgenommen wird. Mit Hilfe der Chiptechnologie versucht die Pharmaindustrie, solche "SNPs" (sprich: "snips" = single nucleotid polymorphisms) systematisch aufzuspüren.

Auch für Patienten und Krankenkassen könnte die Chiptechnologie, etwa bei kostspielig zu behandelnden Volkskrankheiten, große Vorteile bringen. Vor Beginn der Therapie würde mit Hilfe eines Chips festgestellt, welche "SNPs" bei der medikamentösen Behandlung zu beachten sind. Dann könnte der Arzt ein individuelles Therapiekonzept erstellen, das auf die spezifische Erkrankung zugeschnitten ist. Das würde etwa Wirkstoffzusammensetzung und Dosierung nach den persönlichen Erfordernissen berücksichtigen. Nach Ansicht von Experten würde sich der Aufwand einer Individualtherapie auszahlen: Die Behandlungskosten könnten zwischen 70 und 90 % gesenkt werden.

Biochips werden bald routinemäßig in der Pharmindustrie eingesetzt

Die Industrie rechnet, dass Biochips in wenigen Jahren routinemäßig in der Pharmazie eingesetzt werden. Kein Wunder, dass Pharmaunternehmen und Biotechnik-Firmen für rasant steigende Absatzzahlen auf dem Biochipmarkt sorgen. Ihre Nachfrage legte im vorigen Jahr um 113 % für den Pharmasektor und 150 % bei Biotechnologie-Unternehmen zu. Insgesamt belief sich der Chip-Weltmarktumsatz 1999 auf 170 bis 180 Mill. $. Dabei dominierten DNA-Chips. Auch in den nächsten Jahren bestimmen steile Zuwächse die Branche, glauben Experten. Sie gehen für 2005 von einem Weltmarktvolumen von rund 1 Mrd. $ aus. Dabei dürfte nach Einschätzung von Analysten die Nachfrage aus der akademischen Forschung überproportional stark ansteigen. Auftrieb dürften auch neue Verfahren geben, mit denen sich die Wirtschaftlichkeit von DNA-Chips verbessern lässt. US-Forscher der Universität Wisconsin haben eine Methode entwickelt, die auf die teuren, für die photolithographische Chip-Strukturierung benötigten Chrom-Glas-Lochmasken verzichtet. Normalerweise werden bis zu 80 verschiedene Einmalmasken für die Fertigung nur eines Chips benötigt. Die Forscher setzen stattdessen eine virtuelle Lochmaske ein, die aus bis zu 480 000 digital steuerbaren Mikrospiegeln besteht. Diese belichten den Chip punktgenau an den vorgesehenen Stellen.

Die Kosten für einen Chip werden fallen

Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass die Kosten für einen Chip von derzeit bis zu 850 $ pro Chip um ein Drittel auf 60 $ gesenkt werden könnten. Zugleich ließe sich die Fertigungszeit für einen Chip-Array auf unter 24 Stunden drücken. Zunehmend drängen auch mikrofluidische Chipsysteme, die auf mikroskopischen Kapillarsystemen basieren und mit elektronisch steuerbaren Minipumpen, Ventilen, Separations-, Analyse- und Syntheseelementen ausgerüstet sind, auf den Markt. Doch stehen hier den gut zwei Dutzend DNA-Chip-Produzenten erst eine Hand voll so genannter "Lab-on-a-chip"-Produzenten gegenüber. Analysten gehen in vorsichtigen Schätzungen von einem zu erwartenden Weltmarktvolumen von 350 Mill. $ für die integrierten Mikrosystemchips im Jahr 2005 aus.

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