Nanofähren aus Siliziumdioxid gelten als vielversprechende Vehikel, um Medikamente direkt in kranke Zellen zu transportieren. Mit Hilfe einer ausgeklügelten „Lasersprengung“ haben Forscher jetzt eine Methode entwickelt, mit der sie verhindern können, dass die Nanovehikel von den Zellen abgefangen oder abgebaut werden, bevor die Wirkstoffe an ihr Ziel gelangen. Das in „NanoLetters online“ veröffentlichte Verfahren könnte die Erfolgquote nanomedizinischer Anwendungen deutlich verbessern.
Nanopartikel sind so klein, dass viele Barrieren im Körper für sie kein Hindernis darstellen. Sie könnten in Zukunft Medikamente oder auch Gene gezielt zum Krankheitsherd im Körper bringen, sodass eine kleine Dosis mit entsprechend geringen Nebenwirkungen genügen würde. Als natürliche Nanopartikel, die als Vehikel hervorragend in Zellen eindringen können, wurden bislang vor allem Viren erprobt. Weil sie aber auch in entschärftem Zustand unerwünschte Nebenwirkungen auslösen können, kommen nun in erster Linie synthetische Nanofähren zum Einsatz, die maßgeschneidert produziert werden. Im günstigsten Fall, so die Hoffnung vieler Forscher und Ärzte, werden sie einmal ihre genetische Fracht oder medizinische Wirkstoffe zielgerichtet und ohne Nebenwirkungen ans Ziel bringen.
Membranbläschen fangen Nanofähren ein
Besonders großes Potenzial zeigen Teilchen aus kolloidalem, mesoporösem Siliziumdioxid. „Das Problem ist dabei, dass die Nanopartikel normalerweise über die sogenannte Endozytose in die Zellen gelangen“, erklärt Professor Christoph Bräuchle vom „Center for NanoScience“ (CeNS) der Universität München. „Dabei gelangen sie zwar ins Zellinnere, sind aber in einem Membranbläschen eingeschlossen. Oft werden sie dann abgebaut oder ausgeschieden, ohne ihren Wirkstoff freigesetzt zu haben.“ Im Versuch konnten die Forscher die künstlichen Teilchen erfolgreich aus dem Gefängnis der Membranbläschen befreien – mit einer Sprengung.
Laserlicht sprengt Bläschenhülle
„Es geht dabei um zwei Freisetzungsprozesse: Durch die Bestrahlung mit Laserlicht konnten wir verhindern, dass die Partikel von der Zelle in Membranbläschen gefangen bleiben und abgebaut oder ausgeschieden werden, denn durch das Laserlicht werden die Bläschen gesprengt“, erklärt Bräuchle. „Im zweiten Schritt wird dann die therapeutische Fracht freigegeben, weil das Milieu im Zellinneren an die Nanofähren herankommt und die Verbindung zwischen Wirkstoff und Nanofähre kappt.“
„Die Nanofähren haben wir im Versuch mit einem sogenannten Tetra- Phenylporphyrin-Derivat bestückt“, berichtet Doktorand Axel Schlossbauer, der die Partikel für die Experimente synthetisierte. „Als wir dann die Zellen mit Laserlicht bestrahlten, entstand aus der Verbindung ein aggressiver
Singulett-Sauerstoff, der die Endosomenmembran aufbrach“, ergänzt Doktorandin Anna Sauer, die vor allem die Prozesse in der lebenden Zelle beobachtet und analysiert hat.“
Wie gewünscht, wurde der Wirkstoff dann im Zellinneren freigesetzt. Die Substanz war an die Poren der Nanofähre über eine Disulfid-Brücke gebunden, die im reduktiven Milieu der Zelle gespalten wurde. „Wir sehen unsere Arbeit als Grundlagenforschung, deren Langzeitziel natürlich die klinische Anwendung ist“, betont Bräuchle. „Wir arbeiten schon länger sehr erfolgreich als Gruppen zusammen“, sagt Thomas Bein „und wollen im nächsten Schritt die Nanopartikel gezielt an erkrankte Zellen binden lassen.“
(Universität München, 13.09.2010 – NPO)
