RadPharm - Space trifft Pharma

Raumfahrtmedizin und medizinischer Einsatz im Weltraum

Der Vortrag beschreibt den Ansatz der ESA im Bereich der Raumfahrtmedizin und der medizinischen Einsätze bei bemannten Raumflügen. Er umfasst die medizinische Betreuung der Astronauten in den Phasen vor dem Flug, während des Fluges, bei der Landung und nach dem Flug. Außerdem werden wichtige Gesundheitsrisiken im Weltraum erörtert, darunter die Auswirkungen der Mikrogravitation, Strahlungseffekte und andere wesentliche Faktoren, die den Menschen im Weltraum beeinflussen. Darüber hinaus werden zukünftige medizinische Systeme, Technologien und Anforderungen für die Unterstützung von Missionen jenseits der erdnahen Umlaufbahn skizziert.

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Alzheimer im Umbruch – neue Medikamente, neue Leitlinien, neue Perspektiven

Die Alzheimer-Erkrankung befindet sich derzeit in einem fundamentalen Wandel – von einer rein klinisch definierten Demenzdiagnose hin zu einer biologisch charakterisierten Erkrankung. Neue Biomarkerverfahren in Liquor, PET und zunehmend auch im Blut ermöglichen eine frühere und präzisere Diagnostik bereits in prodromalen oder präklinischen Stadien. Parallel dazu markieren krankheitsmodifizierende Therapien wie die anti-amyloiden monoklonalen Antikörper Lecanemab und Donanemab einen therapeutischen Paradigmenwechsel: Erstmals kann die Krankheitsprogression messbar verlangsamt werden.

Der Vortrag beleuchtet die aktuellen Entwicklungen in Diagnostik und Therapie der Alzheimer-Erkrankung, diskutiert neue Leitlinien und Herausforderungen in der klinischen Implementierung sowie die Bedeutung individualisierter Risiko-Nutzen-Abwägungen. Darüber hinaus werden zukünftige Perspektiven der Prävention und Früherkennung vorgestellt, die den Fokus zunehmend auf prä-symptomatische Stadien und populationsbasierte Strategien richten.

Erforschung des Einflusses der Mikrobiota auf die Entstehung der Alzheimer-Krankheit unter Mikrogravitation

Ein charakteristisches Merkmal neurodegenerativer Erkrankungen wie Alzheimer oder Parkinson ist das Vorhandensein abnormaler Proteinaggregate im Gehirn und in anderen Organen. Ihre Hauptbestandteile, die Amyloidproteine, haben sich als entscheidende Faktoren in der Ätiopathogenese der Neurodegeneration herausgestellt. Interessanterweise scheinen menschliche Amyloidproteine Moleküle zu sein, die auch antimikrobielle Funktionen besitzen.
Inzwischen wurden verschiedene mikrobielle Organismen aus dem Mund- und Darmmikrobiom mit diesen Erkrankungen in Verbindung gebracht. Interessanterweise ist bekannt, dass zahlreiche Mikroben der Mundhöhle und des Darms ebenfalls amyloidogene Proteine produzieren.

Da sich gezeigt hat, dass die Mikrogravitation die Erforschung menschlicher Amyloidproteine unterstützt, könnte diese Umgebungsbedingung auch für die Untersuchung mikrobieller Amyloide sehr attraktiv sein. Das Gleiche gilt für die Untersuchung von Neuroentzündungen, oxidativem Stress und der Rolle mitochondrialer Dysfunktion – allesamt weitere Kennzeichen der Entstehung der Alzheimer-Krankheit. Die Erforschung des Zusammenhangs zwischen neurodegenerativen Erkrankungen und dem Mikrobiom unter Mikrogravitation ist jedoch ein hochgradig interdisziplinäres Problem, das Mikrobiologie, Neurowissenschaften, Weltraumbiologie, Immunologie und Bioingenieurwesen umfasst.

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Von der Proteinkristallisation zur funktionellen Tau-Phasenseparation

Strukturbiologische Perspektiven unter Mikrogravitation

Methoden der Proteinkristallisation und Phänomene der biomolekularen Phasenseparation eröffnen komplementäre Perspektiven, um die Selbstorganisation von Biomolekülen zu verstehen und gezielt zu beeinflussen. Der Vortrag verbindet frühere Experimente zur Proteinkristallisation unter Mikrogravitation [1] mit laufenden Experimenten zur Analyse der Flüssig-Flüssig-Phasenseparation (LLPS) des Tau-Proteins [2].

Tau ist ein intrinsisch ungeordnetes neuronales Protein des zentralen Nervensystems. Aggregiertes Tau bildet einen Hauptbestandteil der bei der Alzheimer-Krankheit beobachteten Fibrillen. In vitro können polyanionische Co-Faktoren wie RNA oder Heparin eine Phasenseparation des Proteins Tau auslösen. Unter bestimmten Bedingungen können die Kondensate gelartige Zustände bilden und die Entstehung von Fibrillen begünstigen, die weitere pathologische Tau-Aggregation auslösen können [3, 4]. Die Aggregation von Tau bei der Alzheimer-Krankheit und anderen neurodegenerativen Erkrankungen unterstreicht die Bedeutung der strukturellen Dynamik und damit auch die Notwendigkeit die molekularen Zusammenhänge dieser Aggregation über komplementäre bioanalytische Methoden im Detail zu analysieren.

Kristallisationsexperimente unter Mikrogravitation haben gezeigt, dass der Einbau störender Proteinaggregate in die untersuchten wachsenden Kristalle vermindert ist. Dies kann zu einer verbesserten Kristallqualität für die anschließende Röntgenstrukturanalyse beitragen [1]. Reduzierte Sedimentation als auch reduzierte Konvektion begünstigen dabei den diffusionsdominierten Stofftransport. Eine konzeptionelle Brücke zur biomolekularen Phasenseparation bilden Dichtefluktuationen nahe einem metastabilen kritischen Punkt, folgende Phasenseparation als auch Kristall-Keimbildung, Nukleation [5].

Ein besonderer Schwerpunkt unserer bisherigen Forschungsarbeiten ist die komplementäre Anwendung dynamischer Lichtstreuung (DLS), depolarisierter dynamischer Lichtstreuung (DDLS) und Röntgenkleinwinkelstreuung (SAXS). Zeitaufgelöste DLS (trDLS) erfasst die Entwicklung hydrodynamischer Größen und z. B. die frühe Kinetik der Tau-Kondensation [2, 4]. Weiterhin können über DDLS Proteinnanokristalle anhand ihrer optischen Anisotropie von amorphen Aggregaten und proteinreichen flüssigen Kondensaten unterschieden werden [6]. Eine Übertragung dieser Methoden zur Analyse der Ordnungsprozesse in Tau-Kondensaten bietet eine Perspektive, die Entstehung pathologischer Fibrillen besser zu untersuchen und zu verstehen. In unseren Studien zur Suramin-induzierten Tau-Phasenseparation konnten wir die Kondensationsdynamik mittels trDLS verfolgen; ergänzende SAXS-Messungen charakterisierten die Abmessungen monomeren Tau Proteins [4]. Daraus ergeben sich Ansatzpunkte für die Suche nach Modulatoren, die z. B. Tau-Kondensate auflösen oder ihren Übergang zu aggregationsauslösenden Tau-Spezies verhindern [4].

Es ist interessant zu diskutieren, ob vergleichende Untersuchungen unter Mikrogravitation und bei 1 g zeigen können, ob unterschiedliche molekulare Transport- und Begegnungsprozesse in Lösung die Bildung von Tau-Kondensaten und folgende Gel-Bildung beeinflussen. Ziel könnte es sein, die funktionelle Selbstorganisation und einen möglichen Übergang zur pathologischen Aggregation mechanistisch zu unterscheiden.

Forschung und Fertigung im Weltall - Von “Rocket Science” zu einem Schwerkraft-Schalter

Forschung in der Schwerelosigkeit kann mittlerweile auf über ein halbes Jahrhundert an Geschichte zurückblicken. Ǔber 50 Jahre an Forschung in Medizin, Biotechnologie, Biologie, und mehr. Und dennoch bleibt bisher die Nutzung von Schwerelosigkeit ein Nischenprodukt.

Das liegt vor allem an der enormen Komplexität, mit der Forschung und Fertigung im Weltall verbunden sind. Insbesondere das Risikomanagement und die notwendige Zertifi zierung von Nutzlasten, die ins All transportiert werden, bringen hohe Kosten, lange Zeitdauern und große Projektrisiken mit sich. Daher entwickelt Tumbleweed Zertifi zierung freien Zugang zum Weltall, welcher es erlaubt, Hardware schnell, unkompliziert und mit einem Bruchteil des Zertifi zierungsaufwands ins All zu schicken. So soll Schwerelosigkeit allen Laboren und Unternehmen niederschwellig bereitgestellt werden.

Mit der ersten Mission - Oasis Alpha, Österreichs erstem kommerziellen Satelliten, sind vier Nutzlasten im Juli in den Erdorbit gestartet. Der Vortrag berichtet vom derzeitigen Status und aktuellen Entwicklungen in der Forschung und Fertigung in der Schwerelosigkeit. Weiters wird Oasis Alpha präsentiert, und am Beispiel der vier Nutzlasten an Bord wird aufgezeigt, wie Unternehmen und Labore, welche zuvor noch nie im Weltall tätig waren, in wenigen Monaten und für unter 30kEUR Nutzlasten in den Orbit schicken können.

Radiodiagnostika & Radiopharmazeutika – Produktion heute in Seibersdorf, morgen im All?

Mit dem pointiert formulierten Titel meines Vortrags möchte ich das Kernthema unserer Konferenz aufgreifen.

Ausgehend von den heutigen Herausforderungen der Radiopharmazie soll ein Blick in die Zukunft gewagt werden. Welche Möglichkeiten eröffnet die Forschung unter Mikrogravitation? Welchen Beitrag können die in Seibersdorf etablierten Technologien und das radiopharmazeutische Know-how künftig auch in diesem Umfeld leisten? 

Die Anforderungen an die GMP-konformen Herstellung von Radiopharmazeutika werden in Zukunft noch weiter steigen, besonders auch in Hinblick auf die neuen Entwicklungs- und Produktionsmöglichkeiten, mit denen wir uns heute beschäftigen. Das Spektrum an notwendigen Leistungen – von der Prozessentwicklung und Qualitätskontrolle bis hin zur klinischen Produktion – wird an Bedeutung gewinnen. Ich gebe in meinem Vortrag auch einen kurzen Einblick in die aktuellen Beiträge unseres Unternehmens zur Entwicklung innovativer Radiodiagnostika und Radiotherapeutika.

Denn die Grundlage für die Medizin von morgen wird bereits heute auch in Seibersdorf geschaffen.

Data Transfer from Space – Upstream & Downstream: Von orbitalen Experimenten zu klinischer Anwendung

New Space verändert den Zugang zur Mikrogravitationsforschung grundlegend. Steigende Launch-Frequenzen, standardisierte Payloads, COTS-Technologien und kommerzielle Zugänge zum Orbit ermöglichen es zunehmend, Experimente im Weltraum nicht mehr nur als einzelne, schwer zugängliche Missionen zu betrachten, sondern als wiederholbare Forschungsinfrastruktur.

Für Life Sciences, Alzheimer-Forschung und Radiopharma eröffnet diese Entwicklung neue Perspektiven. Orbitale Experimente können dazu beitragen, biologische Prozesse wie Proteinfaltung, Zellstress, Neuroinflammation oder neurodegenerative Mechanismen unter besonderen physikalischen Bedingungen zu untersuchen. Entscheidend ist dabei nicht allein der technische Downlink von Daten, sondern deren strukturierte Übersetzung in wissenschaftlich und klinisch verwertbare Erkenntnisse.

Der Vortrag beleuchtet die Schnittstelle zwischen Upstream- und Downstream-Aktivitäten: von New-Space-Infrastruktur, Payload-Design und Datengewinnung in Mikrogravitation bis hin zur Frage, wie daraus Impulse für Biomarker, Radiotracer-Entwicklung und langfristig klinische Anwendungen entstehen können. Im Mittelpunkt steht die These, dass New Space Mikrogravitation nicht nur zugänglicher, sondern vor allem wiederholbarer macht und dass genau diese Wiederholbarkeit eine wichtige Voraussetzung für translationale Forschung ist.

Damit versteht sich „Data Transfer from Space“ nicht nur als technische Datenübertragung aus dem Orbit, sondern als Transfer von Infrastruktur, Daten und Innovationslogik aus dem New-Space-Ökosystem in die medizinische und radiopharmazeutische Forschung.

Quantum Advantage - Was Quantum Computing, Sensing und Communication für die Pharmaforschung leisten können

Quantentechnologien versprechen eine Vielzahl von Möglichkeiten für den Fortschritt von Pharmaunternehmen. Quantencomputing, Quantenkommunikation und Quantensensorik sind unterschiedliche Ansätze mit unterschiedlichem Reifegrad und unterschiedlicher Anwendbarkeit, doch jeder von ihnen birgt großes Potenzial, bestehende Standards grundlegend zu verändern. Führende Pharmaunternehmen investieren in Quantencomputing (auch in Verbindung mit quantenbasiertem maschinellem Lernen) für die Wirkstoffforschung, die Proteinfaltung und die Identifizierung von Zielmolekülen; zudem lässt sich diese Technologie zur Optimierung der Lieferkette und klinischer Studien einsetzen. Die Übertragung kritischer Daten muss bereits heute quantensicher sein, um eine Entschlüsselung in der Zukunft zu verhindern. Da Quantensensoren bereits in Laboren zum Einsatz kommen, könnten weitere Verbesserungen und neue Technologien für den Nachweis von Biomarkern, die Wirkstoffabgabe und die Bildgebung – beispielsweise mit Quantenpunkten oder NV-Zentren – dazu führen, dass sie in biomedizinischen Anwendungen zum Standard werden.

Der erste Teil des Vortrags bietet einen allgemeinen Überblick über Quantentechnologien in der pharmazeutischen Forschung und Entwicklung, wobei die Diagnostik der Alzheimer-Krankheit und die Wirkstoffforschung als Fallstudie dienen, um ihr Potenzial in einem Bereich mit hohem ungedecktem medizinischem Bedarf zu veranschaulichen. Der zweite Teil widmet sich der Quantenkommunikation und geht der Frage nach, warum quantensichere Datenübertragung – einschließlich satellitengestützter Ansätze – zunehmend zu einer kurzfristigen Überlegung für den Schutz sensibler Forschungs- und klinischer Daten wird.

Pharma, Wissenschaft und Raumfahrt

Forschung im Weltraum im Rahmen eines pharmazeutischen Entwicklungsprogramms ist kein naheliegender Ansatz. Gegen Ende meiner Karriere bei Eli Lilly and Co. bot sich mir die Gelegenheit, an einem Projekt mitzuarbeiten, dessen Ergebnisse zur Internationalen Raumstation geflogen werden sollten. Diese Arbeit hat mir und meiner Karriere eine völlig neue Richtung gegeben – eine Richtung, die sich positiv auf meine Karriere ausgewirkt hat und das Potenzial birgt, auch der pharmazeutischen Industrie zugutekommen zu können. In diesem Vortrag werde ich die Ereignisse schildern, die mich an diesen Punkt geführt haben, und erläutern, wie dieser Ansatz auch bei anderen Pharmaunternehmen und in anderen Branchen zum Erfolg führen kann.

Kristallisation unter Mikrogravitation: Eine Revolution bei hochkonzentrierten Biologika und der Übergang zu kommerziellen LEO-Plattformen

Es besteht ein dringender klinischer Bedarf an hochkonzentrierten biologischen Suspensionen, um intravenöse Formulierungen in patientenfreundliche subkutane Injektionen umzuwandeln. Während die Kristallisation bei kleinen Molekülen bereits gut etabliert ist, gibt es bisher nur wenige Beispiele aus dem Bereich der Biologika. Um die Wirkstoffabgabe zu optimieren, untersuchte ein Laborteam von Merck in Zusammenarbeit mit dem ISS National Lab die Kristallisation monoklonaler Antikörper – darunter Pembrolizumab – im Rahmen von vier SpaceX-Nachschubmissionen und führte dabei 16 Experimente unter Mikrogravitation durch. Die Entwicklung hochkonzentrierter Biologika auf der Erde stößt aufgrund von durch die Schwerkraft bedingter Konvektion und Sedimentation auf erhebliche physikalische Einschränkungen, die die molekulare Anordnung stören und zu hochviskosen, heterogenen Suspensionen führen. Im Gegensatz dazu beseitigt die Mikrogravitation durch Auftrieb bedingte Mängel und bietet einen revolutionären Weg zur Herstellung einheitlicher, monodisperser Suspensionen, die die Arzneimittelverabreichung, die biotechnologische Verarbeitung und die Langzeitlagerung auf der Erde verbessern. Um die biologische Produktion in der erdnahen Umlaufbahn (LEO) auszuweiten, berät Space Biologics Rx LLC Entwickler von Weltraumhardware und kommerzielle Betreiber von Raumstationen hinsichtlich der Verarbeitungsprozesse in der Schwerelosigkeit. Diese Zusammenfassung skizziert strategische operative Empfehlungen für den Umgang mit der Stilllegung der ISS und den Übergang technischer Ressourcen in den kommerziellen Sektor und unterstreicht die Notwendigkeit eines neuartigen Modells öffentlich-privater Partnerschaften, das Akteure aus Regierung, Wissenschaft und Industrie einbindet.

Moderation Expertenpanel