Die Grundsteine für die heutige Anwendung von Proteinen und Enzymen in Therapie und Diagnostik wurden bereits Anfang der 1970er Jahre mit der Erfindung der Gentechnik durch Boyer und Cohen gelegt. Heute nimmt der Anteil der Biopharmazeutika - der Arzneistoffe, die mit Mitteln der Biotechnologie in gentechnisch veränderten Organismen hergestellt werden - am Pharmamarkt kontinuierlich zu und im Rahmen der personalisierten Medizin kommen zunehmend molekulare Diagnosemethoden zum Einsatz.

Kontinuierliches Wachstum von Biopharmazeutika
Der relative Anteil der zugelassenen Biopharmazeutika am Gesamtpharmamarkt in Deutschland lag im Jahr 2010 bei 17 % bezogen auf den Umsatz (Nature Biotechnology). Der globale Markt der Biopharmazeutika hatte 2009 ein Volumen von 99 Milliarden US-Dollar, wovon rund 40 % (38 Milliarden US-Dollar) auf monoklonale Antikörper entfielen und der Rest auf andere rekombinante therapeutische Proteine. 2007 hatte der weltweite Umsatz mit Biopharmazeutika noch um 5 Milliarden US-Dollar niedriger gelegen.
Nach Angaben der Boston Consulting Group (BCG) und des Verbands der forschenden Arzneimittelhersteller (vfa) sind auf dem deutschen Markt aktuell rund 200 Biopharmazeutika mit etwa 110 verschiedenen Wirkstoffen zugelassen, die biotechnologisch hergestellt werden; das entsprich etwa 5 % aller zugelassenen Wirkstoffe. Von den jährlich neu eingeführten Wirkstoffen sind nach Angaben des vfa mittlerweile allerdings bereits 15 bis 25 % Biopharmazeutika. Nach der vfa-Prognose „Medikamenten-Innovationen 2012" machen therapeutische Eiweiße und Biopharmazeutika knapp ein Viertel der 67 Präparate aus, die sich derzeit im Zulassungsverfahren befinden. Im Zeitraum von Januar 2006 bis Juni 2010 wurden in den USA insgesamt 99 „new chemical entities" (NCE) zugelassen, wovon ebenfalls 21 % Biopharmazeutika waren. Prognosen gehen davon aus, dass der weltweite Markt für Protein-basierte Therapien in den nächsten Jahren weiterhin jährlich um 7 bis 15 % wachsen wird.
Geht man in der Wertschöpfungskette noch einen Schritt zurück und betrachtet die Biopharmazeutika-Entwicklungspipeline, so nahm von 2009 bis 2010 die Anzahl der Entwicklungsprojekte mit monoklonalen Antikörpern um 16 % zu (auf insgesamt 242 Projekte in allen Phasen der klinischen Entwicklung).

Die Zahl der Projekte mit anderen rekombinanten Proteinen stieg im selben Zeitraum um 14 % (auf insgesamt 129 Entwicklungsprojekte). Biopharmazeutika nehmen also einen wachsenden Anteil in der Pharmaentwicklung und am Pharmamarkt ein.

Wie können Biopharmazeutika noch besser werden?
Es werden jedoch nicht nur neue biotechnologisch hergestellte Wirkstoffe entwickelt, auch bereits vorhandene Substanzen können auf verschiedenen Wegen verbessert werden. Möglich sind enzymatisch-chemische Modifikationen wie beispielsweise das Anhängen von Zuckermolekülen, durch die die Wirksamkeit oder Verfügbarkeit deutlich verbessert werden können. Bequemer geht es allerdings oft mit Hilfe der Gentechnik.
Beispielhaft dafür steht die PASylation-Technologie der XL-protein GmbH. Dabei wird auf DNA-Ebene eine Sequenz bestehend aus den Aminosäuren Prolin, Alanin und Serin (Pro, Ala, Ser; PASylation) in ungeordneter Reihenfolge an das relevante Protein angehängt. Daraus entsteht an einem Ende des Biopharmazeutikums eine Peptidkette, die die Größe des Proteins deutlich erhöht. Dadurch werden Stabilität und Lebensdauer des Biopharmazeutikums gesteigert.
Ein wichtiger Aspekt bei der Entwicklung und Produktion von therapeutischen Proteinen ist die Glycosylierung, also die bereits erwähnte Anheftung von Zuckermolekülen an das Protein. Dieses hängt stark von der Zelllinie ab, in der die therapeutischen Proteine produziert werden. So bietet die Glycotope GmbH humane Zelllinien an, in denen Biotherapeutika mit humanem Glycosylierungsmuster hergestellt werden. Weiterhin werden Zelllinien angeboten, mit denen die Glycosylierung von Biotherapeutika optimiert werden kann, so dass Wirksamkeit und Verfügbarkeit gesteigert und die Immunogenität, also das Hervorrufen einer unerwünschten Immunantwort, vermindert werden.

Neue Klassen von Protein-Therapeutika
Völlig neue Klassen von Protein-Therapeutika werden beispielsweise von Unternehmen wie der Molecular Partners AG entwickelt. Deren gezielt wirkende Protein-Therapeutika werden als DARPins (Designed Ankyrin Repeat Proteins) bezeichnet. Sie sind strukturell von Ankyrin-Proteinen abgeleitet, bestehen aus mehreren Repeat-Motiven dieser Proteine und sind zur Erkennung und Bindung von Antigenen befähigt. Da sie etwa 10-mal leichter als ein Antikörper vom IgG-Typ sind, können sie die Affinität von monoklonalen Antikörpern mit den Vorteilen kleiner Moleküle vereinen.
Ein weiteres Beispiel für neue Technologien im Bereich Protein-Therapeutika ist die Anticalin-Technologie der Pieris AG. Anticaline sind künstliche Proteine, die zur Bindung von Antigenen befähigt sind. Sie sind strukturell von natürlich vorkommenden Lipocalinen abgeleitet und sind etwa achtmal kleiner als Antikörper vom IgG-Typ. Anticaline zeichnen sich durch eine gegenüber Antikörpern überlegene Gewebepenetration aus. Die gewünschten Affinitäten und Selektivitäten für ein Antigen werden durch gerichtete molekulare Evolution der jeweiligen Lipocaline erzeugt.