Evolution, Erblichkeit, Erbkrankheiten und Krebs – solange wir nicht in der Lage waren, die DNA zu verstehen, waren diese Gebiete der Biologie von Geheimnissen umrankt. Die Entdeckung der DNA-Struktur im Jahr 1953 durch Watson, Crick, Franklin und Wilkins hat unsere Sicht auf die Biologie für immer verändert. Das späte 20. Jahrhundert hat daraufhin ein noch umfassenderes Verständnis über die Prinzipien biologischer Vererbbarkeit, genetische Krankheitsursachen, die Feinheiten biologischer Signalgebung und vieles mehr hervorgebracht. Unsere Möglichkeiten, Dinge zu hinterfragen, aber auch unsere Handlungsspielräume haben sich mit beispiellosem Tempo vergrössert. Unterstützt wurde dies durch digitale Rechenleistung, durch Laborautomation sowie den globalen Wettbewerb, um die Geheimnisse des Genoms zu entschlüsseln.

Die Auswirkungen all dessen werden in der Entwicklung des Gesundheitswesens im 21. Jahrhundert inzwischen deutlich sichtbar. So hat beispielsweise die US Food and Drug Administration (USFDA) allein 2018 für die USA 59 neuartige Arzneimittel zugelassen, was die bisherige Rekordzahl von 53 aus dem Jahr 1996 übertrifft. Zu den Wirkstoffen, die in den vergangenen zwei Jahren zugelassen wurden, zählen viele Krebsmedikamente. Manche davon ermöglichen mit vollständig neuen Wirkmechanismen ganz neue Behandlungsansätze, wie etwa bahnbrechende auf Gen- und Zelltherapie gestützte Produkte. Biologische Wirkstoffe werden mit auslaufendem Patentschutz kostengünstiger. Über 1‘000 Biosimilars (biologische Nachahmerprodukte) befinden sich heute in der Entwicklung. Ebenfalls haben erschwingliche Technologien dazu beigetragen, dass eine wachsende Zahl von Verbraucherinnen und Verbrauchern die Geheimnisse, die in ihren Genen stecken, lüften wollen.

In diesem Geschäftsbericht illustrieren wir mit einigen Beispielen, welchen Herausforderungen sich unsere Kunden tagtäglich stellen und wie Technologien von Tecan sie dabei unterstützen können, ihre Ziele zu erreichen. Zwei Beispiele zeigen, wie flexibel und wirksam die Laborautomation für den Fortschritt der Medizin sein kann. Beim einen geht es um die Suche nach Krebstherapien für Kinder. Das zweite schildert unsere Partnerschaft mit einem Diagnostikunternehmen: Gemeinsam streben wir an, das sichere Screening von Krankheitserregern und die Detektion von Antibiotikaresistenz zu optimieren. Die anderen Beispiele machen anschaulich, wie Automationstechnologie dabei helfen kann, die Natur als Quelle nachhaltiger Nahrung und wertvoller Arzneistoffe zu nutzen.

Das 17. Jahrhundert war eine Epoche der Wunder, in dem der Mensch viele Grundsätze der Naturwissenschaften entdeckte. Das 18. Jahrhundert stand im Zeichen der Nutzung dieser Entdeckungen − mit der beginnenden Industrialisierung. Das 19. Jahrhundert war das Zeitalter der Physik: Dampf, Fortbewegung und Mechanisierung. Das 20. Jahrhundert war das Jahrhundert der Chemie, des Verbrennungsmotors, der Flugtechnik, des Elektromagnetismus, der Atomenergie und des Computers sowie der ersten Erkenntnisse über das Genom.

Das 21. Jahrhundert, in dem wir unser neu gewonnenes Wissen anwenden, zum Nutzen für die Menschheit und die Natur, wird unbestritten das Jahrhundert der Biologie sein.

Auf den folgenden Seiten finden Sie einige Beispiele für die Rolle, die Tecan dabei einnimmt.

Was wir von breit angelegter Genforschung über uns selbst erfahren können

1911 kartographierte Alfred Sturtevant in seinem Labor die Gene der Fruchtfliege. Das National Human Genome Research Institute in den USA hat seine Gen-Karte mit dem ersten Flug der Brüder Wright in Kitty Hawk verglichen. Damit kann das Human Genome Project (HGP) mit dem Programm, das den Menschen schliesslich auf den Mond gebracht hat, in Analogie gesetzt werden. Der Wettlauf ins All sorgte für einen Technologieschub, der die Menschheitsgeschichte geprägt hat. Das HGP hat die Genomsequenzierung revolutioniert und unsere Sicht verändert, wie wir uns als Spezies selbst betrachten.

Dreizehn Jahre hat das HGP gebraucht, um drei Milliarden Basenpaare im 20‘500 Gene umfassenden menschlichen Genom zu enthüllen. Seither haben wachsendes Forschungsinteresse sowie kommerzieller Wettbewerb enorme Fortschritte in der Genomsequenzierung bewirkt sowie zu stark sinkenden Kosten und breiterer Verfügbarkeit der Technologie geführt. Heute werden weltweit bedeutende Investitionen getätigt, um Genome in grossem Umfang zu sequenzieren und damit noch mehr Daten über Krankheitsursachen zu gewinnen. Bisher wurden über 1‘800 Krankheitsgene entdeckt. Mindestens 350 auf biotechnologischen Methoden basierende Produkte, die auf Erkenntnissen des HGP beruhen, werden derzeit klinisch getestet.

Automatisierung von Arbeitsabläufen in der Genomsequenzierung
Tecan strebt an, die Zukunft automatisierter Arbeitsabläufe in der Genomsequenzierung aktiv mitzugestalten. Das Unternehmen bietet bereits Lösungen an für wichtige Schritte bei Methoden des Next Generation Sequencing (NGS), die auf Erkenntnissen des HGP beruhen. Dazu zählen automatisierte Workstations, die dazugehörigen Verbrauchsmaterialien sowie die für die Systemleistung wichtige Anwendungsexpertise. Durch den Erwerb von NuGEN Technologies kann Tecan nun ausserdem eigene Lösungen mit NGS-Reagenzien und -Kits anbieten. Dadurch ist das Unternehmen zum One-Stop-Shop für den entscheidenden Schritt in der Probenvorbereitung für die DNA-Sequenzanalyse geworden. Tecan beliefert auch grosse Anbieter der eigentlichen Sequenziergeräte mit Schlüsselkomponenten wie Hochpräzisionspumpen, die darin als Baugruppen eingesetzt werden.

Beispielsweise hat der Cavro® Air Displacement Pipettor von Tecan eine zentrale Funktion in einem System, das von Pacific Biosciences in den USA entwickelt wurde. Dieses ermöglicht längere hochpräzise Sequenzstücke zur umfassenderen Abdeckung des Genoms. Paz Yogev, Mechanical Design Engineer bei Pacific Biosciences, erklärt: „Diese OEM-Lösung bietet eine Kombination aus Performance, Präzision, Kosteneffizienz und erweiterten Funktionen – einschliesslich automatischer Detektion und automatischen Auswurfs der Pipettenspitzen sowie Erkennen des genauen Füllstandes –, was für unsere Anwendung sehr vorteilhaft ist.“

Die Erforschung des menschlichen Genoms, aber auch der Genome anderer Lebewesen schreitet immer schneller voran. Lösungen von Tecan, die durch Automation und effizientes Liquid Handling hohe Reproduzierbarkeit ermöglichen und gleichzeitig Fehler minimieren, leisten dazu einen wesentlichen Beitrag.

Wie DNA-Sequenzierung uns als Individuen helfen kann

Dank technologischer Quantensprünge, die im Human Genome Project gelungen sind, kann heute ein ganzes Genom in ein paar Tagen für weniger als 1‘000 US-Dollar sequenziert werden. Und das Sequenziergerät, das eine Genom-Analyse für 100 Dollar ermöglicht, ist möglicherweise schon auf dem Markt.

Die Revolution der Genomik hat bereits zur Entwicklung von über 1‘800 Gentests für menschliche Krankheitsbilder geführt. Dadurch wurde die Sequenzanalyse zum wertvollen Diagnose- und Prognoseinstrument. Beispielsweise ist die Bestimmung von Mutationen im BRCA1-Gen, die erblichen Brustkrebs verursachen können, inzwischen zum Goldstandard in der Krebsforschung und -diagnostik geworden. Hinzu kommt, dass immer mehr solcher Tests jetzt auch direkt für Endverbraucher zugänglich werden.

Markant steigende Nachfrage nach Gentests direkt von Endverbrauchern
Grundlagentechnologien, die für Konsumenten nutzbar gemacht wurden, haben schon in vielen Bereichen den Fortschritt angekurbelt. Die sinkenden Kosten für die DNA-Sequenzierung und Genotypisierung, bei welcher bestimmte Stellen im Genom untersucht werden, ermöglichen jetzt den Zugang zur Genomik. Nachdem Online-Services es möglich gemacht haben, dass wir bequem von Zuhause aus einkaufen, bestellen nun jährlich Millionen von Menschen Informationen zu ihren genetischen Daten über das Internet. Mit deren Hilfe erhalten sie innerhalb weniger Wochen neue Erkenntnisse über ihre Vorfahren sowie über gesundheitliche Risiken. Und die Nutzerzahlen steigen rasant.

Gentests für Endverbraucher werden aller Voraussicht nach auch die Arzneimittelentwicklung ankurbeln. Die Pharmaindustrie beginnt bereits die genetischen und phänotypischen Informationen zu nutzen, die sie von Endverbrauchern mit deren Zustimmung erhält, als Quelle für neuartige Medikamente. Diese Entwicklung ist äusserst vielversprechend: Angriffspunkte für Pharmazeutika, die dank solcher genetischer Informationen ermittelt werden, können mit höherer Wahrscheinlichkeit Nutzen für Patienten bringen und in den Markt gelangen. In vielen DNA-Sequenziergeräten, welche in den Laboratorien eingesetzt werden, die diese Daten generieren, werden für die Liquid-Handling-Schritte hochpräzise Pumpen von Tecan verwendet. Die Probenvorbereitung wird zudem meist automatisiert. Lösungen von Tecan tragen dabei zum grossen Probendurchsatz, einer hohen Bearbeitungsgeschwindigkeit und Flexibilität bei, die diese Servicelabore erreichen müssen, um kurze Durchlaufzeiten zu gewährleisten.

Die Revolution der Genomik ist im Alltag der Menschen angekommen. Damit befinden wir uns definitiv im Jahrhundert der Biologie.

Wie wir Krankheiten früher und besser als je zuvor erkennen können

Schätzungsweise 18 Millionen Menschen starben 2016 an Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Das entspricht 31% aller Todesfälle weltweit, und diese Zahl wird bis 2030 voraussichtlich auf fast 23,6 Millionen ansteigen (World Health Organization). Bei einem Drittel aller Patientinnen und Patienten mit Herzerkrankungen bleiben diese möglicherweise zunächst unentdeckt. Besonders bei Frauen besteht ein erhebliches Risiko einer Fehldiagnose. Herzinfarkte sind ein primäres Symptom, und je länger es dauert, sie zu diagnostizieren und zu behandeln, desto grösser sind die Schäden.

Dies ist nur ein Beispiel für die Wichtigkeit frühzeitiger und korrekter Diagnosen. Die dafür notwendigen Tests erfordern eine zuverlässige Automation, um reproduzierbare Daten zu generieren. Daher ist Tecan Partnering für Diagnostikunternehmen ein bevorzugter Partner geworden.

Erkennen, was zuvor unsichtbar war – Krankheiten frühzeitig entdecken
Eine rasche Diagnose ist entscheidend. Noch besser wäre es, frühzeitig zwischen kranken und gesunden Personen unterscheiden zu können. Dies würde allen Beteiligten Gewissheit geben; zudem könnten wirksame Therapien frühestmöglich eingeleitet und Prognosen damit insgesamt verbessert werden. Bei manchen Krankheiten kann die Diagnose aufgrund genetischer Informationen oder anderer Biomarker gefällt werden. Dies setzt aber hoch empfindliche Analysemethoden voraus.

Mehrere Kunden von Tecan Partnering haben Technologien mit bisher nicht erreichter Sensitivität entwickelt. Sie erlauben eine wesentlich frühere Erkennung zeitkritischer Biomarker, als dies mit herkömmlichen Methoden möglich wäre – etwa die Erkennung des Herzmarkers Troponin oder schwerer bakterieller Infektionen wie beispielsweise Clostridium difficile. Dadurch kann die geeignete Behandlung zügiger beginnen. Mittels dermassen hochempfindlicher Analysen können wesentlich niedrigere Konzentrationen diagnostischer Marker viel früher eindeutig bestimmt werden. Dies ebnet den Weg zu schnelleren Massnahmen und führt letztlich zu besseren Ergebnissen für die Patienten. Die Möglichkeit, Biomarker-Levels besser zu bestimmen, könnte zu einer Weiterentwicklung bestehender Diagnosemethoden führen und sogar dazu beitragen, Krankheiten vor einem Ausbruch zu prognostizieren.

Massgeschneiderte automatisierte Systeme, die den Durchsatz von solchen innovativen Tests erhöhen und reproduzierbare, zuverlässige Ergebnisse verfügbar machen, sind ein weiteres Beispiel dafür, wie Technologie von Tecan die Diagnostikbranche voranbringt.

Personalisierte Medizin − wie Krankheiten durch massgeschneiderte Therapien gezielt und präzise bekämpft werden können

Bahnbrechende Innovationen wie die Sequenzierung vollständiger Genome haben gemeinsam mit neuen medizinischen Erkenntnissen die Entwicklung der personalisierten Medizin voran getrieben. Diese legt unter Berücksichtigung genetischer und umweltbedingter Faktoren sowie der Lebensweise des einzelnen Patienten die jeweils wirksamste Therapie für diesen fest. So war die Mehrzahl der Krebsmedikamente, die von der US Food and Drug Administration (USFDA) im Jahr 2018 zugelassen wurden, für den Einsatz in zielgerichteten Therapien bestimmt. Zur Realität wird die personalisierte Medizin im buchstäblichen Sinn bei Therapien, die bei jedem individuellen Patienten dessen einzelne Tumore spezifisch bekämpfen.

Die personalisierte Medizin beinhaltet auch auf genetische Manipulation gestützte Methoden, wie die vielversprechende Technik der Genom-Editierung CRISPR/Cas9 oder gezielte Zelltherapien. In der Krebsbehandlung bedient man sich beispielsweise der Immuntherapie, bei der T-Zellen, die Krebszellen bekämpfen können, injiziert werden.

Gezielte Zelltherapie zerstört bösartige Zellen mit minimalen Nebenwirkungen
Tessa Therapeutics in Singapur ist einer von vielen Kunden von Tecan, die im Bereich der personalisierten Medizin tätig sind. Dieses biopharmazeutische Unternehmen mit Medikamentenkandidaten in der klinischen Entwicklung verfolgt das Ziel, die Krebstherapie zu revolutionieren: Die antivirale Immunantwort des menschlichen Körpers wird dahingehend gesteuert, dass sie bösartige Zellen erkennt und zerstört. Im Unterschied zu vielen anderen Zelltherapien können die von Tessa entwickelten virusspezifischen T-Zellen in solide Tumore eindringen und in ihnen überleben. Dadurch sind sie in der Lage, unmittelbar an den Tumor zu gelangen und bösartige Zellen zu zerstören – dies mit minimalen Nebenwirkungen.

Diese Vorgehensweise hat bereits erstaunliche Ergebnisse bei der Behandlung fortgeschrittener Nasopharynx-Karzinome gezeigt und zur bisher weltweit grössten Phase-III-Studie einer Immun - therapie mit T-Zellen für eine Krebsindikation geführt. Technologie von Tecan leistet hier einen zentralen Beitrag. Ruijuan Du, Leiter der Qualitätskontrolle bei Tessa Therapeutics, erklärt: „Jedes unserer Produkte muss einer strengen QC-Prüfung unterzogen werden, bevor es in einer klinischen Studie verwendet wird.“ Dafür benutzt Tessa Therapeutics den Tecan High-Performance Multimode-Mikroplatten-Reader. „Wir sind mit unserem Spark® Reader wirklich sehr zufrieden und verwenden ihn mehrmals pro Woche für die QC-Chargenprüfung. Wir können damit die spezifische Fluoreszenz schnell und genau darstellen, er ist einfach zu bedienen sowie präzise und zuverlässig.“

Medizinische Innovation schreitet in grossen Schritten voran – präzise – Empowered with Tecan.

Wie wir unsere Umwelt besser schützen können

Es wurde schon viel darüber gesprochen: Wir haben nur einen Planeten, und um diesen müssen wir uns kümmern. Als logischen Schritt nachhaltigen unternehmerischen Handelns unterstützt die Tecan Group die zehn Prinzipien des Global Compact der Vereinten Nationen. Diese umfassen die elementaren Pflichten in den Bereichen Menschenrechte, Arbeitsnormen, Korruptionsprävention und Umwelt.

Als Unterzeichner des UN Global Compact schrieb Dr. David Martyr, CEO von Tecan, im vergangenen Dezember an den UN-Generalsekretär: „Wir verpflichten uns, den UN Global Compact und seine Prinzipien in unsere Strategie, unsere Kultur und in unseren unternehmerischen Alltag einzubinden und uns in gemeinschaftlichen Projekten zu engagieren, welche die allgemeinen Entwicklungsziele der Vereinten Nationen, insbesondere aber ihre Nachhaltigkeitsziele vorantreiben.“

Diese Verpflichtung zu nachhaltiger Entwicklung ist für Tecan von zentraler Bedeutung. Zudem erzielt Tecan annähernd sämtliche Umsätze in Bereichen, die in den einzelnen UN-Nachhaltigkeitszielen definiert wurden.

Der Nachweis von Mikroschadstoffen auf molekularer Ebene
Die auf die Umwelt bezogenen UN-Prinzipien fordern, dass Unternehmen „im Umgang mit Umweltproblemen dem Vorsorgeprinzip folgen, Initiativen ergreifen, um grösseres Umweltbewusstsein zu fördern, sowie die Entwicklung und Verbreitung umweltfreundlicher Technologien beschleunigen.“ Im Einklang damit unterstützt Tecan Organisationen und Institutionen mit Spitzentechnologie dabei, den Umweltschutz voranzutreiben. So nutzen beispielsweise Forscher am Karlsruher Institut für Technologie in Deutschland, in Zusammenarbeit mit dem Beratungsunternehmen ÖKOnsult, ein Verfahren von Tecan, um die Auswirkungen von Lebensmittelzusätzen und Medikamenten auf aquatische Ökosysteme zu untersuchen. Mit ihrer Arbeit wollen sie auch mehr Bewusstsein dafürschaffen, welche Probleme diese Mikroschadstoffe verursachen können.

Viele gängige Lebensmittelzusätze und Medikamente gelangen direkt in aquatische Ökosysteme. Während ihre Wirkung auf den Menschen gut dokumentiert ist, sind von ihnen ausgehende Belastungen für die Umwelt und marine Lebensformen noch weitgehend unbekannt. Mittels Fluoreszenzpolarisation haben die Wissenschaftler das Problem auf molekularer Ebene erforscht. Sie testeten mit Hilfe des Spark® Multimode-Mikroplatten-Readers mit erweiterter Fusion-Optics-Funktion von Tecan Verbindungen auf ihre Affinität zu nukleären Rezeptoren.

Diese Zusammenarbeit unterstützt speziell das Nachhaltigkeitsziel 14, Maritime Ressourcen. Dieses steht dafür, „Ozeane, Meere und Meeresressourcen im Sinne einer nachhaltigen Entwicklung zu erhalten und nachhaltig zu nutzen“. Sie ist nur ein Beispiel dafür, wie Technologie von Tecan die Kunden dazu befähigt, unsere Umwelt noch besser zu schützen.