Mit Nanopartikeln den Tumor gezielt vergiften

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Das schematische Bild einer Krebszelle. Die Nanopartikel durchdringen die Zellmembran und bringen so ihre giftige Ladung direkt ans Ziel, hoffen die Münchner Forscher. Quelle: Medizinische Universität Wien

12.08.2010  - 

Im Kampf gegen Krebs gehört die Chemotherapie zur Standardbehandlung. Mit Zellteilungsgiften wird hierbei versucht, gerade die schnell wuchernden Tumore in Schach zu halten. Doch durch die Behandlung werden auch die gesunden Körperzellen in Mitleidenschaft gezogen, mit oft schweren Nebenwirkungen. Deshalb suchen Forscher nach Verfahren, mit denen sich Wirkstoffe möglichst gezielt verabreichen und direkt in Krebszellen einschleusen lassen. Forschern der Ludwig-Maximilians-Universität München ist es nun gelungen, Silikatpartikel zu winzigen Wirkstoff-Transportern umzubauen. Wie sie im Fachblatt Nano Letters (2010, Bd. 10, S. 2484) berichten, ließ sich mit den Nanopartikeln das Zellteilungsgift Colchicin nicht nur zuverlässig transportieren. Die Stoffe entleerten ihre giftige Fracht auch gezielt in Krebszellen und stoppten damit deren Wachstum.

Um Substanzen zuverlässig in Zellen einzuschleusen, muss erst einmal eine natürliche Barriere überwunden werden: Die Zellmembran. Selbst Viren und anderen Erregern ist der Weg in die Zelle versperrt. Nanopartikel jedoch sind nur wenige Milllardstel Meter große Teilchen. Sie können die Zellmembran ohne Probleme durchdringen.Die Münchner Forscher um Chemiker Thomas Bein von der Ludwig-Maximilians-Universität verwendeten für ihre Einschleuse-Experimente winzige Silikatpartikel mit einem Durchmesser von rund 50 Nanometern. Die winzigen Teilchen passieren die Zellmembran problemlos. Zudem weisen sie eine porösen Struktur auf. So können sich Wirkstoffe recht effizient an sie anlagern. Für ihre Tests haben die Forscher das Zellteilungsgift Colchicin ausgewählt. Diese Substanz findet sich in dem Gewächs Herbstzeitlose und hochwirksam. Es verhindert, dass sich die Zellteilungsspindel korrekt ausbilden. Damit blockiert Colchicin das eine Zelle Tochterzellen bilden kann.

Ein Schutzhülle hält die giftige Fracht an Bord

Damit die giftige Fracht nicht schon vor seinem Ziel auf dem Weg durch den Körper freigesetzt wird, entwickelten die Wissenschaftler eine Art molekulare Schutzhülle für die Nanopartikel.Mit nur einem Behandlungsschritt schafften sie es, die Partikel mit einer Doppelschicht aus Lipidmolekülen zu überziehen, die die Wirkstoffe erst im Zellinneren wirklich entweichen lässt. Dazu gaben die Münchner Forscher, die im Exzellenzcluster Nanosystems Initiative Munich mit Kollegen aus der Fakulät für Physik zusammenarbeiten, die Nanoteilchen in eine alkoholische Lösung mit Lipid-Molekülen und fügten schrittweise Wasser hinzu.

Mit steigendem Wassergehalt bildeten die Lipide von selbst eine Hülle um die Partikel in Form einer Lipid-Doppelschicht. Wie dicht dieser Überzug ist, wiesen die Forscher mit Farbstoffmolekülen nach. Statt mit einem Wirkstoff beluden die Wissenschaftler hierfür die Nanopartikel mit einem Fluoreszenzfarbstoff und gaben sie in eine Küvette mit Wasser. Ergebnis: Während die unpräparierten Nanopartikel ohne Lipidhülle nach einer Stunde den Großteil der Farbmoleküle nach außen abgegeben hatten, ließ sich im Wasser des zweiten Ansatzes mit umhüllten Partikeln keinerlei Farbstoff nachweisen. Die Schutzhülle war dicht.

Der Wirkstoff Colchicin konnte im Versuch durch die Lipidschicht nicht vollständig zurückgehalten werden, Spuren des Wirkstoffes fanden sich im Medium außerhalb der Partikel. Der größte Teil des Medikaments diffundierte jedoch erst nach dem Eintritt in die Zielzelle und konnte dort seine wachstumshemmende Wirkung entfalten.

Nach Ansicht von Thomas Bein ist das Prinzip universell einsetzbar: „Colchicin dient hier als ein Beispiel für zahlreiche andere Wirkstoffe, die auf diese Weise in Zellen eingeschleust werden könnten.“ Diese Fähigkeit könnte in Zukunft gerade für die Behandlung von Krebszellen große Chancen bieten. In ersten Versuchen wurde bereits gezeigt, dass die mit Wirkstoffen beladenen Partikel diese gezielt in die befallenen Zellen transportieren. Die benötigte Medikamentendosis könnte dadurch deutlich verringert und damit auch mögliche unerwünschte Nebenwirkungen reduziert werden.

Prinzipiell für andere Wirkstoffe geeignet

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass der Verschluss von porösen Nanopartikeln mit Lipiden ein effektives Konzept zur Beladung mit Wirkstoffen ist. Dies ermutigt uns, auch andere pharmazeutische Wirkstoffe auf diese Weise in Zellen zu transportieren und deren Wirksamkeit zu untersuchen. Wir sehen hier ein großes Potenzial für die gezielte Freisetzung von Medikamenten“,so Bein.