Tom Edwardson hält ein 3D-gedrucktes Modell seiner Proteinkäfige in der Hand. In Wirklichkeit sind die Käfige drei Millionen Mal kleiner.

Tom Edwardson hält ein 3D-gedrucktes Modell seiner Proteinkäfige in der Hand. In Wirklichkeit sind die Käfige drei Millionen Mal kleiner.

Der Protein-Ingenieur

Publiziert

Tom Edwardson veränderte eine künstliche winzige Proteinstruktur, um sie als Vehikel für RNA-Moleküle und andere Wirkstoffe nutzen zu können. Seine Entwicklung möchte er nun in einem Spin-off zur Marktreife bringen.

Nicht immer ist es einfach, Wirkstoffmoleküle im Körper heil an die gewünschte Wirkungsstelle und ins Innere von Zellen zu bringen. Denn einige dieser Moleküle zerfallen schnell, und die Zellen nehmen viele Moleküle nicht ohne Weiteres in sich auf. Dazu gehören auch RNA-Moleküle. Um sie als Wirkstoffe nutzen zu können, brauchen sie ein Transportsystem. Bei den auf RNA basierenden Covid-Impfstoffen zum Beispiel wird die RNA in ein Lipid-Nanopartikel gepackt. Ein Nachteil dabei: Diese Partikel sind bei Umgebungstemperatur nicht lange stabil.

Tom Edwardson, Wissenschaftler am Department Chemie und Angewandte Biowissenschaften, hat in den vergangenen Jahren eine andere neuartige Schutzhülle entwickelt, mit der RNA-Moleküle sehr einfach verpackt und geschützt werden können. Es handelt sich dabei um einen mikroskopisch kleinen Käfig, der aus 24 gleichen Proteinen zusammengesetzt ist. Aufgrund seiner geringen Grösse kann dieser Käfig zwar nicht ein ganzes mRNA-Molekül aufnehmen wie ein Lipid-Nanopartikel bei den aktuellen Covid-Impfstoffen. Doch Edwardson kann in seinen Proteinkäfig kleinere RNA-Moleküle unterbringen, die benötigt werden, um die Aktivität einzelner Gene in Zellen gezielt zu hemmen, sogeannte «small interfering RNA».

Viel gereist

Edwardson kam vor sechs Jahren in die Schweiz. Ursprünglich stammt er aus Schottland. Nach seinem Chemiestudium reiste er zunächst durch Asien, arbeitete in Korea länger als Englischlehrer und doktorierte schliesslich in Montreal. Dass er anschliessend für ein Postdoc nach Zürich gekommen ist, hat nicht nur mit ETH-Professor Donald Hilvert und der ETH Zürich zu tun, sondern auch mit den Alpen und den Möglichkeiten, hier ausgiebig klettern zu können. Denn das Klettern ist eine seiner grossen Leidenschaften. So ist er fast jedes Wochenende an einem Kletterfelsen anzutreffen, in den Alpen oder im Jura.

Sein zweites Hobby ist das Bierbrauen. «Ich habe in Kanada damit angefangen, gemeinsam mit einem Freund, der auch Chemiker ist», sagt Edwardson. «Bierbrauen ist das perfekte Hobby für Chemiker, es ist nichts anderes als Verfahrenstechnik», sagt er mit einem Lachen, das typisch ist für ihn. Mittlerweile ist er nicht nur der Hoflieferant für Bier seiner Forschungsgruppe, sondern nimmt auch an Brauwettbewerben teil und führt jüngere Arbeitskollegen in sein Hobby ein.

Einfach zu beladen

Ebenso leidenschaftlich ist er bei der Arbeit, den Proteinkäfigen, die sich in Bakterien mittels Biotechnologie sehr einfach herstellen lassen. «Jeweils 24 einzelne Proteine setzen sich selbstorganisierend zu einem Würfel zusammen. Ich war Überwältigt, als ich das der erste Mal sah», sagt Edwardson. Und während andere Molekülschutzhüllen wie zum Beispiel die Lipid-Nanopartikel bei der Herstellung unterschiedlich gross werden, haben die Proteinkäfige alle die genau gleiche Form und Grösse. «Das ist ideal, denn die Grösse beeinflusst die Eigenschaften von Medikamenten, zum Beispiel ob und wie gut sie von Zellen aufgenommen werden», erklärt der Chemiker.

Ein weiterer Vorteil der Proteinkäfige gegenüber anderen Möglichkeiten, kleine Wirkstoffmoleküle zu schützen: Sie können problemlos während Monaten bei Umgebungstemperatur aufbewahrt werden, bedürfen also keiner Kühlung. Und schliesslich haben die würfelförmigen Käfige auf allen Seiten eine kleine Öffnung, was das Beladen mit dem molekularen Transportgut sehr einfach macht: Die Proteinkäfige können in grosser Menge hergestellt werden und nachträglich mit dem Transportgut gefüllt werden. «Man könnte sie sogar mit patientenspezifischen RNA-Wirkstoffen befüllen», sagt Edwardson.

Auch für Chemotherapie

Um die Proteinhüllen zu entwickeln nutzte Edwardson eine bestehende synthetische Proteinstruktur, die andere Wissenschaftler entwickelt hatten, und er veränderte die Bausteinabfolge der Proteine an verschiedenen Schlüsselstellen. Das Ziel war, dass im Innern des Käfigs zahlreiche Atome positiv geladen sind. RNA-Moleküle sind negativ geladen, womit sie durch elektrische Anziehung von alleine durch die Öffnungen in den Proteinkäfig gelangen. «Unsere Käfige sind ein typisches Beispiel von Protein-Engineering. Wir sind heute in der Lage, Proteine gezielt zu verändern, um neue molekulare Gegenstände zu erschaffen», sagt Edwardson.

Mittlerweile hat Edwardson den Proteinkäfig noch erweitert, indem er dessen Inneres mit einer Schicht eines Tensids ausgekleidet hat. Somit können im Innern auch wasserunlösliche Moleküle transportiert werden wie etwa Krebswirkstoffe. In Zukunft möchte er auch das Äussere der Käfige gezielt verändern. Damit wäre es möglich zu steuern, in welche Körperzellen die Proteinkäfige gelangen sollen. Die ETH Zürich hat Edwardsons Proteinkäfige für zwei Patente angemeldet. Er und seine Kollegen planen nun, ein Spin-off zu gründen, um die Käfige weiterzuentwickeln und deren Marktreife vorzubereiten. «In der Schweiz ist das Umfeld ideal, um ein Unternehmen zu gründen», sagt er. Ohnehin möchte er gerne hier bleiben - auch um weiterhin so nahe an guten Klettermöglichkeiten zu sein.

Dass es wichtig ist, neben der Arbeit auch anderes zu machen, gibt er auch seinen jüngeren Kollegen in der Forschungsgruppe mit. Und dass man reisen soll, wenn man jung ist, und dass es Überhaupt nichts schadet, zwischen Studium und Doktorarbeit eine Pause zu machen, um zu arbeiten. «Ich bereue Überhaupt nicht, dass ich als Lehrer gearbeitet habe, denn ich habe dabei viel gelernt, wovon ich noch immer profitiere.»

EVENTS

drupa

Weltweit führende Fachmesse für Drucktechnologien

Datum: 28. Mai-07.Juni 2024

Ort: Düsseldorf (D)

ArbeitsSicherheit Schweiz

Fachmesse für Arbeitssicherheit, Gesundheitsschutz und Gesundheitsförderung am Arbeitsplatz

Datum: 05.-06. Juni 2024

Ort: Zürich (CH)

Achema

Internationale Leitmesse der Prozessindustrie

Datum: 10.-14. Juni 2024

Ort: Frankfurt am Main (D)

EPHJ-EPMT-SMT

Internationale Ausstellung für Uhrenindustrie, Mikrotechnologie und Medizinaltechnik

Datum: 11 – 14 Juni 2024

Ort: Genf (CH)

SENSOR + TEST

Internationale Fachmesse für Sensorik, Mess- und Prüftechnik

Datum: 11.-13. Juni 2024

Ort: Nürnberg (D)

all about automation

Fachmesse für Industrieautomation

Datum: 28.-29. August 2024

Ort: Zürich (CH)

maintenance Schweiz

Schweizer Fachmesse für industrielle Instandhaltung und Facility Management

Datum: 28.-29. August 2024

Ort: Zürich (CH)

Ilmac Lausanne

Networking. Forum. Aussteller

Datum: 18.-19. September 2024

Ort: Lausanne (CH)

FachPack

Europäische Fachmesse für Verpackung, Technik, Veredelung und Logistik

Datum: 24.-26. September 2024

Ort: Nürnberg (D)

W3+ Fair Jena

Europas führende Plattform für Forschung und Innovationskraft

Datum: 25.-26. September 2024

Ort: Jena (D)

Cleanzone

Internationale Fachmesse und Kongress für Reinraumtechnologie

Datum: 25.-26. September 2024

Ort: Frankfurt am Main (D)

Rehacare

Die REHACARE ist die internationale Fachmesse für Rehabilitation, Prävention, Inklusion und Pflege.

Datum: 25.-28. September 2024

Ort: Düsseldorf (D)

IN.STAND

Die Messe für Instandhaltung und Services

Datum: 08.-09. Oktober 2024

Ort: Stuttgart (D)

VISION

Weltleitmesse für Bildverarbeitung

Datum: 08.-10. Oktober 2024

Ort: Stuttgart (D)

IFAS

Fachmesse für den Gesundheitsmarkt

Datum: 22.-24. Oktober 2024

Ort: Zürich (CH)

ALL4PACK EMBALLAGE

The global marketplace for Packaging Processing Printing Handling

Datum: 04.-07. November 2024

Ort: Paris (F)

electronica

Weltleitmesse und Konferenz der Elektronik

Datum: 12.-15. November 2024

Ort: München (D)

SEMICON Europa

Europäische Leitmesse für Mikroelektronik

Datum: 12.-15. November 2024

Ort: München (D)

VALVE WORLD EXPO

Weltweite Leitmesse für Industrie-Armaturen

Datum: 03.-05. Dezember 2024

Ort: Düsseldorf (D)

Additive Manufacturing Forum

Die Entscheider- und Expertenkonferenz bringt das gesamte Wertschöpfungssystem rund um die additive Fertigung zusammen.

Datum: 17.-18. März 2025

Ort: Berlin (D)

LABVOLUTION

Europäische Fachmesse für innovative Laborausstattung und die Optimierung von Labor-Workflows

Datum: 20.-22. Mai 2025

Ort: Hannover (D)

Automatica

Die Leitmesse für intelligente Automation und Robotik

Datum: 24.-27. Juni 2025

Ort: München (D)

LASER World of PHOTONICS

Weltleitmesse und Kongressfür Komponenten, Systeme und Anwendungen der Photonik

Datum: 24.-27. Juni 2025

Ort: München (D)

SINDEX

Schweizer Messe für industrielle Automatisierung

Datum: 02.-04. September 2025

Ort: Bern (CH)

Ilmac

Fachmesse für Prozess- und Labortechnologie

Datum: 16.-18. September 2025

Ort: Basel (CH)

CMS Berlin

Internationale Leitmesse für Reinigung und Hygiene

Datum: 23.-26. September 2025

Ort: Berlin (D)

POWTECH

Pharma.Manufacturing.Excellence

Datum: 23. - 25. September 2025

Ort: Nürnberg (D)

A + A

Messe und Kongress für Arbeitsschutz und Arbeitssicherheit

Datum: 04.-07. November 2025

Ort: Düsseldorf (D)

AQUA Suisse

Die Schweizer Fachmesse für kommunales und industrielles Wassermanagement.

Datum: 26.-27. November 2025

Ort: Zürich (CH)

Pumps & Valves

Die Fachmesse für industrielle Pumpen, Armaturen & Prozesse

Datum: 26. - 27. November 2025

Ort: Zürich (CH)

aqua pro

B2B-Plattform in der Schweiz für Fachkräfte des globalen Wasserkreislaufs

Datum: 04.-06. Februar 2026

Ort: Bulle (CH)

analytica

Weltleitmesse für Labortechnik, Analytik, Biotechnologie und analytica conference

Datum: 24.-27. März 2026

Ort: München (D)

interpack

Führende Messe für Prozesse und Verpackung

Datum: 07.-13. Mai 2026

Ort: Düsseldorf (D)

Bezugsquellenverzeichnis