«In der Frühphase der Arzneimittelforschung werden in typischen Arbeitsschritten rund 20 000 Mal mehr chemische Materialien synthetisiert, als die Wissenschaftler für die anfängliche Profilierung benötigen», erklärt Jonathan Grob, Wissenschaftler an den Novartis Institutes for BioMedical Research (NIBR). «Hier haben wir ein Beispiel dafür, wie die Massstäbe biologischer und chemischer Vorgänge besser aufeinander abgestimmt werden können. Zudem möchten wir die Arzneimittelforschung beschleunigen.»

Die derzeit genutzten chemischen Abläufe reichen bis in die 1950er-Jahre zurück, als die zu erforschenden Wirkstoffe oft direkt an Tieren getestet wurden. Dazu benötigten die Wissenschaftler bereits in der Frühphase mehrere Gramm des potenziellen Wirkstoffs. Heute untersuchen die Wissenschaftler infolge revolutionärer Entwicklungen in der Molekularbiologie der 1980er- und 1990er-Jahre neue Wirkstoffe hingegen zunächst an einzelnen Zellen oder in Form biochemischer Screenings, bevor sie an lebenden Tieren getestet werden. Für diese Tests sind von jedem Wirkstoffkandidaten nur einige Nanogramm erforderlich. Die Chargengrössen der Wirkstoffe konnten aus technischen Gründen allerdings nicht in demselben Mass reduziert werden.

Die Erforschung neuer Arzneimittel beginnt heute in der Regel damit, dass Millionen von Molekülen in Kunststoffgefässen getestet werden, um Ausgangspunkte zu finden, mit denen sich biologische Ziele anpeilen lassen. Dabei entstehen Tonnen von Kunststoffmüll und Hunderte Liter flüssiger Gefahrengüter. Die chemischen Ausgangsstoffe werden dann in Kolben und Ampullen optimiert, wobei wesentlich grössere Mengen an Wirkstoffverbindungen produziert werden, als für die biologischen Tests in der Frühphase nötig sind.

Diese erhebliche Überproduktion ist zum einen ineffizient, zum anderen dauert es Wochen, neue Moleküle herzustellen und zu testen. Potenzielle neue Wirkstoffe müssen synthetisiert, gereinigt und auf ihre chemischen und biologischen Eigenschaften hin analysiert werden. Alle diese Schritte werden in unterschiedlichen Speziallabors durchgeführt. So kann es bei jeder neuen Idee Wochen dauern, bis die Mitarbeitenden alle Daten zusammengestellt haben und wissen, ob sie auf dem richtigen Weg sind. Wegen des Zeit- und Kostenaufwands, der für jede einzelne Optimierungsrunde nötig ist, können die Wissenschaftler zudem nicht unbegrenzt viele Hypothesen testen.