Huckepack in den Körper: Nanopartikel als Taxis für Medikamente
Nanopartikel, die Medikamente durch die biologischen Barrieren des Körpers an ihren Wirkungsort transportieren, stehen im Mittelpunkt des wissenschaftlichen Interesses von Claus-Michael Lehr. Der Professor für Biopharmazie und Pharmazeutische Technologie der Universität des Saarlandes ist auch Abteilungsleiter am kürzlich gegründeten Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung Saarland (HIPS). Lehr erforscht unter anderem neue Medikamente zur Behandlung von entzündlichen Darmerkrankungen und Lungenkrebs sowie neue Impfstoffe. Letztere könnten, in Nanoteilchen verpackt, einfach wie eine Creme in die Haut einmassiert werden.
Haut, Lunge und Magen-Darm-Trakt interessieren Professor Lehr ganz besonders. Ihnen ist gemeinsam, dass sie als biologische Barrieren fungieren: Einerseits riegeln sie den Organismus vor Krankheitserregern und anderen schädlichen Partikeln ab, andererseits dienen sie nützlichen Substanzen wie Arzneimitteln als „Eintrittspforten“ in den Körper. Dieser Medikamenten-Transport vom Anwendungsort zum Wirkungsort („Drug Delivery“) steht im Mittelpunkt der Forschungen von Claus-Michael Lehr und seinem Team.
Effektive Trägersysteme für Arzneimittel stellt die Nanomedizin zur Verfügung: Bestimmte Nanopartikel, also Teilchen, die weniger als ein tausendstel Millimeter groß sind, können nämlich Medikamente stabil verpacken und durch Haut, Lunge oder Magen-Darm-Trakt transportieren. „Nanopartikel können als Taxis für Arzneistoffe wirken“, sagt Claus-Michael Lehr. Im Gegensatz zu Nanoteilchen, die für technische Zwecke hergestellt werden und meist hochgiftig sind, sind die in der Nanomedizin verwendeten Moleküle ungiftig und biologisch abbaubar, betont der Pharmazeut. Polymere, die solche Anforderungen erfüllen, sind schon länger bekannt und als Arzneimittel zugelassen.
Um die Transportvorgänge an den biologischen Barrieren des Körpers zu untersuchen, haben die Saarbrücker Wissenschaftler künstliche Testsysteme auf Zell- oder Gewebebasis entwickelt. So können sie genauer beobachten und messen, ob, wie schnell und auf welchem Weg ein Medikament oder Nanoobjekt eine bestimmte Barriere durchdringt. Eines dieser Testsysteme dient als Modell der „Luft-Blut-Schranke“ der Lunge. Für seine Herstellung werden menschliche Lungenzellen auf einer dünnen, mit Poren durchsetzten Membran ausgesät, wo sie sich anschließend zu einem dichten Teppich weiterentwickeln. Andere Modelle ahmen die Darmschleimhaut nach. Sie enthalten Zellen des Immunsystems, um auch Entzündungsprozesse und die Wirkung von Medikamenten darauf untersuchen zu können.
Inzwischen haben die Saarbrücker Pharmazeuten „Arzneistofftaxis“ für jede der biologischen Barrieren entwickelt. Nanopartikel, die über den Magen-Darm-Trakt aufgenommen werden, eignen sich beispielsweise zur Behandlung von entzündlichen Darmerkrankungen wie Morbus Crohn oder Colitis Ulcerosa. In Kooperation mit Professor Andreas Stallmach und seinem Team von der Uni Jena konnte Professor Lehr zeigen, dass sich die mit Medikamenten beladenen Nanopartikel bevorzugt in entzündeten Bereichen des Darmgewebes einlagerten. Dadurch war der Arzneistoff dort länger verfügbar und seine anti-entzündliche Wirkung hielt länger an. Gleichzeitig waren unerwünschte Nebenwirkungen an anderer Stelle geringer.
Die Haut ist für Nanopartikel eigentlich undurchlässig - mit einer Ausnahme: dem Weg über die Haarfollikel. Diese Erkenntnis ergab sich quasi als „Nebenprodukt“ von Forschungsarbeiten zur Sicherheit von Sonnenschutzpräparaten in Zusammenarbeit mit Professor Jürgen Lademann von der Charité in Berlin. So sollte es möglich sein, Nanoteilchen zu entwickeln, die in den Haarfollikeln gespeichert werden und beim Kontakt mit menschlichem Schweiß Impfstoffe freisetzen. „Am Boden der Haarfollikel liegen bestimmte Zellen, die sozusagen Vorposten des Immunsystems sind“, erläutert Michael Lehr. „Wenn der Impfstoff dort freigesetzt wird, ist es wahrscheinlich, dass sich der Weg über die Follikel für Impfungen eignet.“ Mit diesem Forschungsprojekt hat das an der Saar-Uni angesiedelte Helmholtz-Institut für Pharmazeutische Forschung (HIPS) gemeinsam mit dem Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung (HZI) in Braunschweig kürzlich einen Zuschlag im Förderprogramm „Grand Challenges Explorations“ der Bill & Melinda Gates Stiftung erhalten.
Erste vielversprechende Erfolge zeigt auch ein Projekt zur Behandlung von Krebserkrankungen der Lunge. Die Saarbrücker Pharmazeuten führen es, mit Unterstützung der Deutschen Krebshilfe, gemeinsam mit Dr. Thomas Mürther und Professor Ulrich Klotz des Margarete Fischer-Bosch-Instituts in Stuttgart durch „Dabei verfolgen wir den Ansatz, den Krebszellen ihre Unsterblichkeit zu nehmen“, erläutert Michael Lehr. Schlüsselmolekül dabei ist das Enzym Telomerase, das Krebszellen unsterblich und dadurch so bösartig macht. Effektive Hemmstoffe dieses Enzyms sind allerdings nur sehr schwer an ihren Wirkungsort zu bringen, da sie sehr groß sind. In ersten Experimenten mit Mäusen an der Experimentellen Chirurgie in Homburg (Professor Michael Menger und Dr. Matthias Laschke) zeigte sich, dass das Wachstum bösartiger Geschwulste gestoppt werden kann, sofern die Hemmstoffe der Telomerase mittels einer geeigneten „Nano-Medizin“ verabreicht wurden.
Der Saarbrücker Wissenschaftler stellt aktuelle Ergebnisse seiner Forschungen auf der Tagung NanoBio-Europe 2010 vor.
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