Magnetische Metallnanopartikel für die gezielte Verabreichung von Medikamenten und die Tumorbehandlung

Beschichtung von Nanopartikeln als wichtigster Faktor, der bestimmt, wie sie sich in der Zelle bewegen und abbauen

07.02.2022 - Spanien

Magnetische Metallnanopartikel wurden in der Therapie und Diagnostik mit vielversprechenden Ergebnissen eingesetzt. Diese Eisenoxid-Nanopartikel sind nützlich, um sie in Zellen einzubringen und verschiedene Funktionen zu erfüllen, wie z. B. die lokale Freisetzung von Medikamenten, die Beseitigung von Tumorzellen durch Wärmeabgabe (Hyperthermie) oder die Diagnostik bei der Magnetresonanztomographie (MRT). Um eine klinische Zulassung zu erhalten, muss man jedoch wissen, wie sie sich in den Zellen verhalten, welche intrazellulären Signalwege sie aktivieren und wie sie abgebaut werden, um ihre therapeutische Wirkung und mögliche Toxizität zu bestimmen.

Eine von CSIC-Forschern geleitete und in Biomaterials veröffentlichte Studie hat nun gezeigt, dass die Abdeckung dieser Nanopartikel der Schlüssel zum Verständnis ihrer Bewegung und ihres Abbaus in den Zellen ist. Für den Einsatz in der Medizin werden sie in der Regel mit verschiedenen Arten von Molekülen und Polymeren (Makromolekülen) beschichtet, um sie biokompatibler, stabiler und biologisch abbaubar zu machen und um zu verhindern, dass sie Aggregate bilden, die Thromben erzeugen könnten. Diese Arbeit zeigt, dass diese Beschichtung entscheidend zur Verbesserung der Wirksamkeit von Nanopartikeln beiträgt.

Der Forscher Domingo F. Barber vom Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC), der die Studie leitete, erklärt: "Je nach Art der verwendeten Beschichtung treten beim Kontakt der Nanopartikel mit der biologischen Umgebung unterschiedliche Wechselwirkungen mit den Proteinen in der Umgebung auf, die ihre endgültige Größe, den Weg der Aufnahme in die Zelle sowie den Weg, den sie bis zu ihrem Abbau in der für diesen Prozess zuständigen zellulären Maschinerie (den Endolysosomen: eine Einrichtung im Zellzytoplasma, die für die Beseitigung von Krankheitserregern oder Mikroorganismen unerlässlich ist) beeinflussen".

Yadileiny Portilla, Forscherin am CNB-CSIC und Erstautorin der Studie zusammen mit Vladimir Mulens und in Zusammenarbeit mit dem Forscher Puerto Morales vom Institut für Materialwissenschaften in Madrid (ICMM-CSIC), betont: "Die Art der Beschichtung und die Vergrößerung des Nanopartikels aufgrund seiner Assoziation mit Proteinen im biologischen Medium sind entscheidend für die Wege des Zelleintritts und des intravesikulären Transits sowie für die Geschwindigkeit des Zellabbaus.

In Tumorzellen", fügt Portilla hinzu, "reichern sich Nanopartikel in Endolysosomen an, wo sie langsamer abgebaut werden, während in Makrophagenzellen in der Tumorumgebung der Abbau je nach Beschichtung mehr oder weniger schnell erfolgt, da sie sich in Vesikeln mit unterschiedlicher Abbaukapazität anreichern. Diese Erkenntnisse sind von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung von Nanopartikeln, da wir je nach ihrer künftigen Anwendung die gewünschte Wirkung je nach therapeutischem Ziel verstärken können.

Eisenoxid-Nanopartikel sind in verschiedenen Bereichen der Biomedizin weit verbreitet, da sie die gezielte Freisetzung von Arzneimitteln und Biomolekülen erleichtern könnten. Ihre Fähigkeit, Wärme zu erzeugen, wird bei der Behandlung von Krebs durch intrazelluläre Hyperthermie genutzt, und sie sind auch in der Lage, bei der diagnostischen Magnetresonanztomographie Kontrast zu erzeugen.

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Originalveröffentlichung

Y Portilla, V Mulens-Arias, A Paradela, A Ramos-Fernandez, S Perez-Yagüe, MP Morales, DF Barber; "The surface coating of iron oxide nanoparticles drives their intracellular trafficking and degradation in endolysosomes differently depending on the cell type."; Biomaterials.

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