Krebsforschung - Krebs direkt in der Zelle bekämpfen
LMU-Forschern ist es gelungen, eine hochflexible Plattform für Nanopartikel zu schaffen, die unterschiedliche Wirkstoffe in verschiedene Krebszellen schleusen können.
Nanoteilchen sind nur Millionstel Millimeter groß und damit klein genug, um direkt in Zellen eindringen zu können. Dies eröffnet neue Möglichkeiten in der Bekämpfung von Krebs, die von zahlreichen Forschungsgruppen untersucht werden. Einem Team um Professor Christoph Bräuchle und Professor Thomas Bein von der LMU ist es nun gelungen, eine hochflexible Plattform für Nanopartikel zu schaffen, die zielgerichtet quasi als „Nanofähren“ unterschiedliche Krebszellen ansteuern können und deren „Cargo“ flexibel geändert werden kann.
Die Forscher können die Nanoteilchen maßgeschneidert produzieren. „Wir beladen die Partikel flexibel mit Wirkstoffen und schicken sie gezielt auf die Reise in die Zelle. Sie binden sich spezifisch an bestimmte Krebszellen und setzen erst in der Zelle den Wirkstoff frei“, sagt Christoph Bräuchle, der wie Thomas Bein auch dem Exzellenzcluster „Nanosystems Initiative Munich“ (NIM) angehört. Auf diese Weise lassen sich verschiedene Krebsmedikamente transportieren.
Durch den Einsatz der Nanopartikel entfalten Krebsmedikamente ihre Wirkung erst direkt in der Krebszelle. Damit wird das hochtoxische Medikament nicht bereits vor seinem Eintritt in die Krebszelle wirksam, sondern lediglich in der Krebszelle aktiv. Dadurch werden die bisher oft gefährlichen Nebenwirkungen deutlich reduziert. Zudem ist durch den gezielten Transport eine geringere Dosierung möglich.
Vielversprechende Lösung
Intelligente Nanopartikel, die Medikamente gezielt transportieren, müssen viele Funktionen erfüllen. Sie müssen mit möglichst großen Mengen des Medikaments beladen werden können und sie benötigen eine Hülle, die biologisch-kompatibel ist und die Liganden besitzt, die wie Fühler an die Rezeptoren von Krebszellen andocken können. Sind die Partikel erstmals in der Zelle, müssen sie durch ein Signal dazu gebracht werden, den Wirkstoff freizusetzen. „Es ist außerordentlich schwierig, alle diese Voraussetzungen mit einem einzigen Partikel zu erfüllen. Wir haben ein System entwickelt, das dies prinzipiell erlaubt und eine generelle Plattform bietet, auf der sowohl das Medikament wie auch die Zielzellen gewechselt werden können“, sagt Thomas Bein.
Die Forscher arbeiten mit mesoporösen Nanopartikeln aus Siliziumdioxid, die eine große Porenoberfläche haben und im Körper nicht toxisch abgebaut werden. Das Nanoteilchen wird mit einer Doppel-Lipid-Membran verschlossen, die der Zellmembran sehr ähnlich ist, und die sich durch Fotoaktivierung öffnen lässt. In ihrem Versuch haben die Forscher unterschiedliche Liganden verwendet, die auf Gebärmutterhalskrebszellen und Leberkrebszellen zielen. Durch den Einsatz eines Fotosensibilisators wird das Nanopartikel von seiner Hülle photochemisch befreit und setzt schließlich den Wirkstoff frei. „Entscheidend ist dabei, dass der Fotosensibilisator mit rotem Licht und nicht, wie bisher, mit blauem Licht arbeitet. Das ist weniger toxisch für die Zelle und erlaubt es, tiefer in das Gewebe einzudringen", sagt Veronika Weiß, die im Rahmen ihrer Doktorarbeit an diesem Projekt arbeitet. Ihre Kollegin Alexandra Schmidt ergänzt dazu: „Außerdem ist wichtig, dass der Fotosensibilisator direkt an das Nanopartikel angebunden ist, sodass seine Wirkung auf die direkte Umgebung des Nanopartikels begrenzt bleibt und nicht zerstörerisch in größeren Bereichen der Zelle wirken kann.“
Mit ihrer Arbeit bauen die LMU-Forscher auf ihre langjährige erfolgreiche Zusammenarbeit auf. Bereits 2010 ist es ihnen gelungen, die Nanopartikel dazu zu bringen, den Wirkstoff, den sie transportieren, direkt in der Zelle freizusetzen.
Originalveröffentlichung
Stephan A. Mackowiak, Alexandra Schmidt, et al., Targeted Drug Delivery in Cancer Cells with Red-Light Photoactivated Mesoporous Silica Nanoparticles, NanoLetters
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