Schnelles Ende für Nano-Fähren

Rückschlag für die Nanomedizin: Beschichtete Goldpartikel sind offenbar doch keine so guten Nanofähren für medizinische Wirkstoffe. Denn die Hülle der Goldkügelchen wird im Körper schnell zersetzt, wie Versuche mit Ratten nun belegen. Der Wirkstoff gelangt damit nicht gezielt in das gewünschte Gewebe, sondern verteilt sich verdünnt im gesamten Körper. Diese Erkenntnis sind auch für die Risikobewertung von Nanopartikeln wichtig, so die Forscher im Fachmagazin „Nature Nanotechnology“.

Nanopartikel werden nicht nur in Industrie, Materialforschung und Lebensmittelproduktion eingesetzt, auch in der Medizin gelten sie als vielversprechende Werkzeuge. Denn sie können als Miniaturfähren dienen, um Wirkstoffe gezielt in bestimmte Organe oder Zellen zu bringen. Dazu werden sie gewöhnlich mit einer Schicht aus organischem Material bedeckt, das den Wirkstoff enthält, aber auch bestimmt, wo im Körper die Nanopartikel andocken.

Wie breiten sich Nanopartikel im Körper aus?

Forscher haben beispielsweise Goldpartikel mit einem Cholesterin-Imitat beschichtet und so Krebszellen dazu gebracht, sich damit selbst zu blockieren. Bisher allerdings finden solche Versuche vorwiegend in Zellkulturen statt. Wie sich diese winzigen Goldfähren dagegen im Körper ausbreiten, war bisher kaum bekannt.

Wolfgang Kreyling vom Helmholtz Zentrum München und seine Kollegen haben nun mit Ratten getestet, wie stabil die beschichteten Goldpartikel im Körper sind und wie schnell sie sich im Körper ausbreiten. Dafür nutzten sie fünf Nanometer kleine Goldpartikel, deren Goldkern durch ein Isotop radioaktiv markiert war. Auch die Polymerhülle der Mini-Fähre war radioaktiv markiert. Nachdem diese Goldfähren per intravenöser Injektion in den Körper der Ratten gelangt waren, konnten die Forscher ihre Bewegungen anhand der radioaktiven Spuren verfolgen.

Gold in der Leber, Hüllenteile überall

Dabei zeigte sich Überraschendes: Statt als Ganzes an den Zielort zu gelangen, wurden die Goldfähren vom Körper sehr schnell zersetzt: Die Hülle trennte sich vom Goldkern. „Das partikelförmige Gold reicherte sich hauptsächlich in der Leber an“, berichtet Kreyling. „Im Gegensatz dazu verteilten sich die Hüllenmoleküle im ganzen Körper.“ Das zeige, dass selbst vermeintlich stabil beschichtete Nanopartikel im Körper degradieren können und sich dann anders verhalten als erwünscht.

Ursache der schnellen Trennung von Hülle und Goldkern sind offenbar bestimmte Enzyme in den Zellen der Leber, wie die Forscher berichten. Diese spalten Proteinstrukturen und zersetzten auch die organische Beschichtung der Goldpartikel. Weil die Goldfähren bislang nur in Zellkulturen getestet wurden, hatte man diesen Effekt bisher nicht bemerkt. „Diese Ergebnisse haben sowohl Einfluss auf zukünftige medizinische Anwendungen als auch auf die Risikobewertung von Nanopartikeln in Verbraucherprodukten und in der Wissenschaft und Technik“, sagt Kreyling. (Nature Nanotechnology, 2015; doi: 10.1038/nnano.2015.111)

(Helmholtz Zentrum München – Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, 22.06.2015 – NPO)