Die synthetische Biologie eröffnet hier neue Perspektiven. Sie erlaubt es, biologische Systeme entweder durch genetische Veränderung existierender Zellen („top-down“) oder durch die Konstruktion neuer Systeme aus minimalen Bausteinen („bottom-up“) gezielt zu entwerfen. Letzterer Ansatz gewinnt zunehmend an Bedeutung: Die sogenannte „bottom-up synthetic immunology“ nutzt Werkzeuge aus der Nanotechnologie, um molekulare und zelluläre Systeme mit maßgeschneiderten Immunfunktionen zu entwickeln. Diese können spezifisch auf Krankheitserreger oder Tumorzellen reagieren, Immunantworten auslösen oder gezielt modulieren.

Während top-down-Methoden – etwa bei CAR-T-Zelltherapien – bereits klinische Erfolge zeigen, sind sie häufig auf ex vivo Anwendungen beschränkt und unterliegen komplexen regulatorischen Rückkopplungen. Bottom-up-Ansätze hingegen versprechen eine höhere Präzision, etwa durch gezielte Kombination von mRNA und Lipidnanopartikeln, wie sie bereits bei Impfstoffen Anwendung finden. Zukünftige Entwicklungen könnten selbststeuernde, gezielt freisetzende und interaktiv reagierende Systeme umfassen – sogenannte „sense-compute-actuate“-Module.

Durch die Umsetzung dieser Vision verfolgt der Exzellenzcluster SynthImmune das Ziel, synthetische Biologie umfassend auf die Immunologie anzuwenden, um eine neue Klasse synthetischer Therapeutika zu entwickeln und zu erproben. Diese sollen Prävention und Behandlung von AIDS, Malaria sowie Hirn- und Bauchspeicheldrüsenkrebs verbessern. Durch das Verständnis grundlegender Prinzipien der Immunsteuerung und die Entwicklung maßgeschneiderter Immunsysteme soll die synthetische Immunologie das Verständnis und die Behandlung schwerer Krankheiten grundlegend verändern.

Das Forschungsnetzwerk SynthImmune hat sich zum Ziel gesetzt, diese neue Disziplin strukturell und inhaltlich zu etablieren. Es verbindet führende Einrichtungen in Heidelberg und Mannheim – darunter die Universität Heidelberg, das Deutsche Krebsforschungszentrum Heidelberg, das Nationales Centrum für Tumorerkrankungen Heidelberg, das Heidelberger Institut für Theoretische Studien, das Europäisches Laboratorium für Molekularbiologie und das Max Planck Institut für medizinische Forschung – und schafft eine Plattform für Forschung, Ausbildung und Translation. Ziel ist es, die bottom-up synthetische Immunologie als Basis zukünftiger Immuntherapien gegen Infektionen und Krebs zu verankern.

Beteiligte Institutionen:

• Deutsches Krebsforschungszentrum (DKFZ)
• Europäisches Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL)
• Heidelberger Institut für Theoretische Studien (HITS)
• Max-Planck-Institut für medizinische Forschung