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Mitochondrial fitness - das neue MitoFit Projekt

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K-Regio project MitoFit

Das Projekt MitoFit verfolgt das Ziel, ein Qualitätskontrollsystem und eine Informationsmanagement-Plattform zu entwickeln, um diagnostische Tests der mitochondrialen Fitness auf Basis der bewährten und einzigartigen O2k-Technologie standardisiert durchführen zu können. Der O2k und das O2k-Fluorometer repräsentieren state-of-the-art für höchste Genauigkeit in der systematischen und routinemäßigen Messung von mitochondrialen Funktionen in der Grundlagenforschung und biomedizinischen Anwendung. Nun soll die Entwicklung von innovativen Laborstandards und die diagnostische Bestimmung des mitochondrialen Fitnessgrades – in frisch isolierten und kryopräservierten Zellen, die nicht-invasiv von Blutproben gewonnen werden, – den Übergang von einem hochspezialisierten Forschungsgerät zu einem generell einsetzbaren Medizinprodukt vorantreiben. Dieses Konzept soll nicht nur für die Vermarktung der O2k-Technologie eine neue Dimension eröffnen, sondern kann auch weltweit Implikationen für die mitochondriale Medizin im Allgemeinen haben. MitoFit wird als Kernbegriff die besondere Attraktivität des Gesundheitstourismus in der alpinen Region erhöhen, indem Sport- und Gesundheitsprodukte mit einer neuen wissenschaftlichen Perspektive durch Bestimmung der mitochondrialen Fitness entwickelt und angeboten werden. Von der Erhöhung der Lebensqualität bis zu gesundem Altern mit physiotherapeutischer Begleitung kann ‚MitoFit –fit & well‘ – als präventivmedizinischer Biomarker die modernsten Ansprüche der Gesundheitsmedizin erfüllen.

Der passive Lebensstil ist ein entscheidender Faktor für die epidemieartige Zunahme von vermeidbaren, degenerativen Krankheiten, die weltweit im Zusammenhang mit zunehmender Lebenserwartung in der modernen Bevölkerungsentwicklung eine Herausforderung an unser Gesundheitssystem stellen. Es ist wissenschaftlich erwiesen, dass eine hohe mitochondriale Kapazität nicht nur die Grundlage der zellulären Energieversorgung darstellt, sondern auch eine zentrale Rolle für die Erhaltung von Gesundheit und Lebensqualität bis ins hohe Alter spielt. Trotz der nachgewiesenen Bedeutung einer effizient wirksamen mitochondrialen Stoffwechselkapazität für die Prävention zahlreicher Krankheiten - wie etwa Typ 2 Diabetes, Demenz, kardiovaskuläre Krankheiten und zahlreiche Krebsarten – steht noch kein quantitatives System mit Bezug auf eine reglementierte Datenbank zur Verfügung, um die mitochondriale Atmungskapazität von Patienten routinemäßig bestimmen und mit Referenzwerten innerhalb und zwischen Populationen vergleichen zu können. Der OROBOROS Oxygraph-2k (O2k) ist das einzige Instrument, welches durch seine ausgewiesene Stabilität und Genauigkeit für die hochauflösende Respirometrie geeignet ist. Aufbauend auf dieser weltweit führenden Technologie eröffnet sich die Chance, Verfahren für die Qualitätskontrolle entwickeln zu können, welche benötigt werden, um den O2k als kalibriertes und zertifiziertes Medizinprodukt für die In Vitro Diagnostik einzuführen.

Das Projekt MitoFit wird aus Mitteln des Landes Tirol im Programm K-Regio der Standortagentur Tirol gefördert .

Antragsteller: Medizinische Universität Innsbruck, A.Univ.-Prof. Dr. Erich Gnaiger

Projektantrag: 2015-04-24; Bewilligung: 2015-09-16

Projektdauer: 2015-05-01 bis 2018-04-30

Gesamtbudget: € 1.26 Mill; finanzielle Förderung durch die Landesregierung Tirol: € 0.89 Mill.

Projektziele

• Strategie zur Überführung des Oxygraph-2k ausschließlich oder gemeinsam mit dem O2k-Fluorometer vom Forschungsgerät zum Medizinprodukt: von ‚Open Innovation‘ zur strategischen Innovation.
• Integration einer Knowledge Management Platform in die O2k-Technologie: Erweiterung der real-time DatLab Software mit Datenanalyse- und darstellungsfunktionen (Data Management System) und Datenbank.
• Entwicklung von Laborstandards für ein Qualitätskontrollsystem: Standardisierung und Dokumentation von instrumentellen Kalibrierungsprotokollen, biochemischen Anleitungen für die Herstellung experimenteller Stammlösungen, Präparationsprotokollen für die Aufbereitung mitochondrialer und zellulärer Präparate für die respirometrische Diagnostik, und experimentellen Prozessprotokollen mit besonderer Berücksichtigung ausgewählter Referenzprotokolle (Substrate-Uncouper-Inhibitor-Titrations- SUIT Protokolle).
• Referenzprobe für die mitochondriale Respirometrie mit Homogenität für die Aufsplittung in Subproben, Stabilität für langfristig wiederholte Tests (Kryopräservation), Repräsentativität für die klinische mitochondriale Diagnostik (humane Zellkulturen) und Quantität, um die Verfügbarkeit für große Testserien innerhalb eines Messlabors und weltweit für verschiedene Labors (Ringtest) sicherzustellen.
• Verfahrensoptimierung, um verschiedene Zelltypen (Thrombozyten, Monozyten) aus menschlichen Blutproben für die mitochondriale respirometrische Diagnostik zu isolieren und möglichst ohne Qualitätsverlust konservieren zu können (Kryopräservation), wodurch die Möglichkeiten der respirometrischen Diagnostik entscheidend gesteigert werden können, indem die diagnostischen Tests zeitlich und örtlich unabhängig von der Probenentnahme durchgeführt werden können.
• Entwicklung und Erprobung eines MitoFit Leistungstests als weltweite Innovation auf dem Gebiet der mitochondrialen Respirometrie, aufbauend auf den kryopräservierten Referenzproben, einer spezifisch entwickelten Logistik und in Zusammenarbeit mit einem global repräsentativen Netzwerk von strategischen PartnerInnen.
• Entwicklung und Erprobung von MitoFit Anwendungsmodulen im Tourismus und Sporttherapie, mit spezifischen Sport-, Tourismus- und Trainingsmodulen, wobei besonders die Funktionalität der Informationsmanagementplattform getestet und anwendungsorientiert optimiert werden kann.

Projektpartner

• Partner

Auswirkungen des Projekts

Auswirkungen des Projektes auf die beteiligten Unternehmen

Für die Firma OROBOROS INSTRUMENTS und ihren Langzeitpartner WGT ergibt sich durch die Weiterentwicklung des O2k von einem Forschungsinstrument zu einem Medizinprodukt ein Wettbewerbsvorteil in Bezug auf jedes andere respirometrische Gerät, wodurch ein neuer weltweiter Markt eröffnet werden kann. Die Weiterentwicklung der O2k-Technologie zum Medizinprodukt wird den Einsatz des Gerätes für diagnostische Zwecke im klinischen Kontext ermöglichen, u.a. Voruntersuchungen von Krebsbehandlungen oder die Diagnose genetischer Erkrankungen. Dadurch wird eine deutlich höhere Nachfrage nach dem O2k erwartet. Die Einführung des Leistungs-Ringtests für potentiell über 300 Labors kann mehrere Arbeitsplätze für dessen Betreuung und Weiterentwicklung schaffen (multiple Tests pro Labor pro Jahr, jährliche Leistungstests pro Jahr für operative Zertifizierung im Netzwerk). Im Falle der Umsetzung des Konzeptes (CE, FDA Zertifizierung) wird für die weitere technologische Entwicklung und Logistik zur Implementierung sowie für die kontinuierliche Qualitätskontrolle bei beiden Unternehmen signifikant mehr Personal erforderlich sein.

Für das Höhenleistungszentrum Kühtai Betriebs GmbH ergibt sich durch das Projekt eine beträchtliche Erhöhung des Ansehens als herausragende Trainingseinrichtung, in der die alpine Hochgebirgsumgebung und die wissenschaftliche Expertise in Bezug auf die Auswertung der Trainingseffizienz zusammenwirken. Diese einzigartige Kombination strahlt eine große Anziehung auf Athleten und Sportclubs aus, die sich weit über den österreichischen Markt erstrecken wird. Sporttherapie Mag. Huber wird nicht nur Physiotherapie anbieten, sondern auch die Effizienz der angewandten Methoden durch wissenschaftliche Verfahren überprüfen. Dies wird den Bekanntheitsgrad des Unternehmens und die Attraktivität der Sporttherapie steigern. Physiotherapeuten wird dadurch die konstante Weiterentwicklung ihrer Methoden in Richtung höherer Effektivität ermöglicht.

Nicht im Projektplan eingerechnete Stellen:

• 1 PhD Stelle an der Sektion für Bioinformatik (Medizinische Universität Innsbruck) finanziert durch die OROBOROS INSTRUMENTS GmbH
• 1 Mitarbeiterin im Ausmaß von 0.25 FTE für PR-Aktivitäten – angestellt bei OROBOROS INSTRUMENTS GmbH
• 1 Biomedizinische Assistentin im Ausmaß von 60% ab dem 2. Projektjahr vollständig finanziert durch die OROBOROS INSTRUMENTS GmbH

Gesamtkosten für OROBOROS INSTRUMENTS zusätzlich pro Jahr: ca. 80,000.- EUR.

Nach dem Projekt erfordert es bei erfolgreicher Umsetzung die Anstellung von 1-2 FTE und im Weiteren bis zu 6 FTE für den first-level support im Bereich des MitoFit-Knowledge Managements, der Produktion und Qualitätskontrolle der Referenzproben (Kryopräservation) und des Leistungs-Ringtests (mittelfristig könnten 500-1.000 Tests pro Jahr erwartet werden, Umsatz bis zu >1 Mio. Euro mit dem ca. 5 FTE finanziert werden könnten). Bei einer Zertifizierung zum Medizinprodukt erwarten wir eine Verkaufssteigerung von zunächst 40 zusätzlichen Geräten pro Jahr, was einem zusätzlichen Umsatz von etwa 1,2 Millionen Euro entspricht. Damit können sowohl weitere 5-6 Arbeitsplätze bei ORO als auch 2-5 Arbeitsstellen bei WGT finanziert werden.

Auswirkungen des Projektes auf die beteiligten Forschungseinrichtungen

Das DSL wird vielfach von den Kooperationen auf technischem und wissenschaftlichem Gebiet (Mitochondriales Forschungslabor) profitieren, zum einen von der durch das ISW durchgeführten High-Altitude Trainingsstudie, zum anderen von der Physiotherapiestudie. Dies wird es den Wissenschaftlern erlauben, ihre Datenbank bezüglich respirometrischer Charakteristiken verschiedener humaner Zelltypen und von Menschen mit stark voneinander abweichendem Hintergrund (z.B. Athleten und Menschen, die einer sitzenden Tätigkeit nachgehen sowie ältere Personen) signifikant zu erweitern. Zusammen mit Wissenschaftlern und Projektteilnehmern von anderen Einrichtungen werden die Mitarbeiter des DSL als Co-Autoren bei relevanten Publikationen fungieren. Das SBI wird als Herzstück des Projeks eine neuartige Informationsplattform entwickeln, die das Potential hat, hunderte Forschungsgruppen im Bereich der mitochondrialen Physiologie miteinander zu verbinden, vom Zellbiologen über den Sportwissenschaftler bis zu klinischen Psychologen. Falls erfolgreich, wird das Projekt das Ansehen und die internationale Sichtbarkeit des SBI steigern.

Teilnehmer des ISW erhalten Zugang zu state-of-the-art Technologien (Kombination von Respirometrie und Fluorometrie) mit wissenschaftliche Unterstützung von den Geräteentwicklern [ORO]. Die Anwendung dieser Techniken in Kombination mit den entwickelten Performance Tests des ISW erlaubt es Wissenschaftlern, die Änderungen der Fitness mit Änderungen der mitochondrialen Physiologie menschlicher Blutzellen in Verbindung zu bringen. Durch den mit Muskelbiopsien könnten sich Blutzellen als valides Modell für die Bestimmung mitochondrialer Veränderungen durch Training oder fitnessbedingter Effekte erweisen, und es kann mit einer Serie von Schlüsselpublikationen im Feld der Sportwissenschaften gerechnet werden.

Auswirkungen des Projektes auf die Region Tirol

Das Projekt MitoFit trägt nachhaltig zur Erhöhung des Bekanntheitsgrades und des Ansehens der lokalen Forschungseinrichtungen bei. Des Weiteren wird ein intensiver Kontakt zwischen den regionalen Universitäten und Kleinbetrieben hergestellt, die beteiligten Betriebe werden dadurch zu relevanten Partnern für internationale Kooperationen (EU-Projekte). Während der Projektlaufzeit werden 5 Arbeitsplätze für hochqualifizierte Forscher an den akademischen Partnerinstitutionen und 2 Vollzeitäquivalente in den beteiligten Firmen geschaffen.

Durch die Weiterentwicklung des O2k zum Medizinprodukt wird die weltweit führende Stellung des OROBOROS O2k weiter ausgebaut und die Kooperation der Partnerbetriebe in der Entwicklung intensiviert. Dadurch werden sich die Anwendungsgebiete erweitern und der Markt vergrößern. Derzeit sind in Tirol ca. 25 Arbeitsplätze direkt vom Erfolg des O2k abhängig. Nach erfolgreichem Projektende werden durch den Ausbau der Konkurrenzfähigkeit die derzeit mit Produktion und Vermarktung des O2k verbundenen Arbeitsplätzte auf Jahre abgesichert und weitere Arbeitsplätze in Produktion, Vertrieb und Service geschaffen.

Das Projekt soll auch zu einer sektoriellen Stärkung des Tourismus beitragen. Das HLZ arbeitet bereits mit 50.000 Sportclubs in Mitteleuropa zusammen, darunter ca. 5000 Fußballclubs. Im Rahmen der Sport- und Gesundheitsprogramme von MitoFit sollen im Sommer mittelfristig ca. 3.000 Nächtigungen im Projektgebiet erzielt werden, dies entspricht einem Umsatzvolumen von € 250.000,-. Dieser Impuls soll auch dazu führen, dass einige Betriebe ganzjährig geöffnet bleiben und Ganzjahresstellen anbieten können. Derzeit sind bis auf wenige Ausnahmen die Betriebe im Projektgebiet nur im Winter geöffnet. Durch den innovativen Ansatz wird ein neues Bewusstsein für die Präventivmedizin geweckt, zu der ein körperlich aktiver und kalorisch ausgeglichener Lebensstil signifikant beitragen kann. Mitochondriale Kompetenz wird einer breiten Bevölkerung nahegebracht, um in der eigenen Bevölkerung und bei den Touristen die regionale Identität mit bewegungsorientiertem Freizeitangebot in der alpinen Landschaft Tirols zu stärken.

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