Viele schwere Erkrankungen wie die Akute Myeloische Leukämie oder Autoimmunerkrankungen können mit heutigen Immuntherapien nur begrenzt behandelt werden. Ein Grund dafür ist, dass diese häufig auf einzelne Oberflächenmoleküle abzielen, die nicht ausschließlich auf erkrankten, sondern auch auf gesunden Zellen vorkommen. Dies schränkt die Spezifität und Wirksamkeit der Behandlung ein. Das Verbundprojekt KLAR entwickelt einen neuartigen Ansatz für die zielgerichtete Immuntherapie. Anstelle einzelner Oberflächenmoleküle werden komplexe räumliche Muster mehrerer Proteine auf der Zelloberfläche als Zielstrukturen genutzt. Diese charakteristischen Proteinanordnungen sollen eine deutlich präzisere Unterscheidung zwischen gesunden und erkrankten Zellen ermöglichen und damit die Grundlage für wirksamere und nebenwirkungsärmere Therapien schaffen. KLAR verbindet modernste Bildgebung mit Künstlicher Intelligenz und computergestütztem Proteindesign. Mithilfe der ultrahochauflösenden DNA-PAINT-Mikroskopie werden detaillierte molekulare Karten von Zelloberflächen erstellt. Auf dieser Basis identifizieren KI- und Machine-Learning-Verfahren krankheitsspezifische Proteinmuster und unterstützen die Entwicklung passgenauer Binderproteine mit hoher Selektivität.

Das Projekt kombiniert experimentelle und computergestützte Methoden in einem kontinuierlichen Entwicklungszyklus. Mithilfe von KI-gestütztem de novo Proteindesign werden neuartige Binderproteine entwickelt, experimentell validiert und zu multivalenten Leitstrukturen weiterentwickelt, die den räumlichen Eigenschaften der identifizierten Zielmuster entsprechen. Die experimentellen Ergebnisse fließen fortlaufend in die KI-Modelle zurück und verbessern deren Vorhersagekraft kontinuierlich. Das Projekt legt die Grundlage für präzisere Immuntherapien gegen bislang schwer behandelbare Erkrankungen und etabliert zugleich neue KI-gestützte Methoden zur Entwicklung innovativer Wirkstoffe.