Lungenerkrankungen
"Nano-Mais" bringt Wirkstoff in die Lunge
Ein winziger, maisförmiger Wirkstoff-Transporter zum Inhalieren könnte Arzneimittel in Zukunft zielgenau in die Lunge verfrachten und sich in die DNA schleusen. Damit eröffnen sich neue Therapiemöglichkeiten von Lungenerkrankungen wie Mukoviszidose.
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Die in der Aufnahme gelb und grün gefärbten, zylinderförmigen Wirkstoff-Transporter sehen mit ihrer noppigen Struktur aus wie Mais.
© Marc Schneider/NanoBioNet
SAARBRÜCKEN. Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in das Lungengewebe liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten um Professor Marc Schneider der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden (Adv Healthcare Mater 2017; 1700478).
"Stäbchenförmige Partikel sind lungengängig. Außerdem bieten sie ein großes Volumen für die Ladung, die transportiert werden soll. Daher wollten wir ein Transportsystem mit dieser Form entwickeln", wird Schneider in einer Mitteilung der Saar-Universität zitiert.
"Nano-Mais" auf dem Speiseplan
Die Zylinder mit der maisartigen Struktur sind 10.000 x 3000 Nanometer (10 x 3 Mikrometer) klein, etwa so groß wie ein Bakterium. Damit stehen sie auch auf dem "Speisezettel" der Makrophagen.
"Sie sind von ihrer Größe her so bemessen, dass sie beim Inhalieren im tiefen Lungengewebe landen. Zudem stellen wir über die Größe sicher, dass nur die Immunzellen, vor allem die Makrophagen, den Transporter aufnehmen", erläutert Schneider.
Wenn die Makrophagen den gesundheitlich unbedenklichen Nano-Mais aufnehmen, setzen sie dabei einen in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Konkret besteht dieser Wirkstoff aus genetischem Material, das die Funktion der Makrophagen beeinflusst.
Die in dieser sogenannten Plasmid-DNA enthaltenen "Befehle" programmieren die Immunzellen so um, dass sie einen erwünschten Therapieeffekt auslösen und zur Heilung beitragen können.
Über mehrere Jahre arbeiteten die Wissenschaftler daran, die kleinen Transporter im Mikrometer-Maßstab stabil herzustellen und passgenau beladen zu können. Schneider und sein Team füllen dazu Partikel in eine stäbchenförmige Nano-Schablone mit vielen kleinen Löchern, ganz so, als würden sie Teig in eine Kuchenform gießen.
Das System funktioniert
Auf diese Weise entsteht ein Nano-Röhrchen mit kleinen Kugeln. Damit dieses zusammenhält und nicht auseinanderfällt, verkleben die Forscher die Moleküle Lage für Lage miteinander und verpacken dabei zugleich die pharmazeutisch aktiven Substanzen.
Wenn die Membran-Schablone sich später auflöst, bleibt der fertig beladene maisförmige Transporter.
Noch ist der Wirkstoff-Transporter Gegenstand der Grundlagenforschung. Allerdings haben die Forscher gemeinsam mit Kollegen von der Universität Marburg und der Universität des Saarlandes gezeigt, dass die kleinen Trägersysteme tatsächlich ihre Ladung in die Lungenzellen liefern.
Hierzu beluden die sie den "Nano-Mais" mit genetischem Material, das den Bauplan der sogenannten "Luciferase" enthält. Dieses Enzym ruft eine Leuchtreaktion, eine Biolumineszenz, hervor. Nimmt die Zelle den "Nano-Mais" mit dieser Ladung auf, produziert sie das Enzym und leuchtet.
Die Wissenschaftler wiesen nach erfolgreichem Transport das Leuchten im Lungengewebe nach.
Derzeit entwickeln die Wissenschaftler das Material ihres Wirkstoff-Transporters für den späteren Einsatz in der Therapie weiter. Der Transporter könnte künftig etwa in der Mukoviszidose-Therapie Einsatz finden, so die Hoffnung der Schweizer Wissenschaftler. (eb)
