Polymerstruktur bringt Nanopartikel ans Ziel

  • Das Immunofluoreszenzbild zeigt Nanopartikel, die an Endothelzellen gebunden sind. Die roten Partikel werden orange, wenn sie an den grün markierten Caveolae andocken. Quelle: Julia Voigt / Prasad ShastriDas Immunofluoreszenzbild zeigt Nanopartikel, die an Endothelzellen gebunden sind. Die roten Partikel werden orange, wenn sie an den grün markierten Caveolae andocken. Quelle: Julia Voigt / Prasad Shastri

Freiburger Forscher entwickeln eine rein chemische Methode, um therapeutische Nanopartikel an Zielzellen zu bringen. Polymerstruktur bringt Nanopartikel ans Ziel: Prof. Dr. Prasad Shastri, Direktor des Instituts für Makromolekulare Chemie und Mitglied das Exzellenzclusters BIOSS Centre for Biological Signalling Studies der Universität Freiburg, sowie seine Doktorandin Julia Voigt und sein Doktorand Jon Christensen, haben ein neues Prinzip entwickelt, um wenige hundert Nanometer große Wirkstoff-Kapseln zu Blutgefäßzellen zu schicken.

Das Team hat geladene Polymere mit der passenden Fettlöslichkeit verwendet, um Zelltypen allein anhand deren biophysikalischer Eigenschaften erkennen zu können. Bisher haben Forscherinnen und Forscher Moleküle auf die Oberfläche der Nanopartikel platziert, die an Proteine auf der Zielzelle binden. „Das Besondere an unserer Entdeckung ist, dass zum ersten Mal eine Zelle angepeilt wird, ohne auf das Liganden-Rezeptor-Prinzip zurückzugreifen", sagt Shastri, der Leiter der Studie, die als Titel der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift PNAS ausgewählt wurde.

Postleitzahl zum Tumor

Die Rezeptoren wirken im bisher üblichen Verfahren wie eine biologische Postleitzahl. Aber die Adresse der Tumoren verändert sich mit der Zeit. Um die Medikamentenpakete genauer zustellen zu können, fertigten Shastri und sein Team Partikel an, die Blutgefäßzellen, so genannte Endothelzellen, biophysikalisch anpeilen. Diese Methode, Nanopartikel zu adressieren, brauche keine biologische Postleitzahl. Dies sei ein wichtiger Schritt, um Nanopartikel für die Krebstherapie zu entwickeln, so Julia Voigt, Erstautorin der Publikation.

Krebsgewebe ist gierig und Tumore brauchen eine stetige Nährstoffzufuhr. Dazu entstehen am Tumor eigens Blutgefäßsysteme. Indem die Endothelzellen angegriffen werden, aus denen diese Blutgefäße bestehen, werde der Tumor ausgehungert, sagt Jon Christensen, der an Metastasen forscht und Co-Autor der Studie ist.

Nanopartikel werden in der Krebstherapie verwendet, um Medikamente an Zellen zu liefen.

In den Körper injiziert, erreichen die winzigen Pillen die Tumorzellen über das Blut. Wenn sie ihr Ziel finden, müssen sie von den Zellen absorbiert werden, damit die Pille wirken kann. Diesen Mechanismus nennt man rezeptorvermittelte Endozytose. Shastri und sein Team zielen mit der neuen Methode auf Transportprozesse ab, die besonders in Endothelzellen vorkommen. Auf diesen sind besonders viele so genannte Caveolae zu finden. Eine Caveola ist eine Fettstruktur auf der Zellmembran und eines der vielen Tore zum Zellinneren. Shastri und sein Team entdeckten, dass Nanopillen, die mit Lipiden und negativ geladenen Polymeren ausgestattet sind, vorzugsweise durch diese Tore eintreten. Wie genau die geladenen Polymere den Partikeln ermöglichen, diese Tür zu öffnen, sei noch unklar. Aber man sei zuversichtlich, dass dank dieser Methode und mit weiterer Forschung ein völlig neuer Ansatz der Anlieferung von Wirkstoffen entstehen könne, sagt Shastri. Das vom Interreg-Programm geförderte Projekt Nanomatrix und das BIOSS Centre for Biological Signalling Studies förderten die Studien.

Originalpublikation:
Julia Voigt, Jon Christensen, V. Prasad Shastri: Differential uptake of nanoparticles by endothelial cells through polyelectrolytes with affinity for caveolae, PNAS Online Early Edition, doi: 10.1073/pnas.1322356111 (2014)

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