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Medikamente gezielter verabreichen

Der pH macht's: Per Nano-U-Boot gezielt gegen Kopfschmerzen und Tumore

| Autor/ Redakteur: Oliver Kreft* / Dr. Ilka Ottleben

Kopfschmerzen kennt jeder und hat so gut wie jeder mal. Kopfschmerztabletten helfen meistens, jedoch nicht immer, auch nicht anhaltend und sie haben Nebenwirkungen. teilweise ist das bedingt durch den Umstand, dass längst nicht alles an Wirkstoff an den „Ort des Geschehens“ gelangt. Wirkstoffe gezielter zu transportieren – ob bei Schmerzen oder aber bei gravierenden Erkrankungen wie Krebs – ist daher ein wichtiges Ziel der Forschung. Nun sind Mainzer Wissenschaftler diesem Ziel näher gekommen: Mit einem besonders effektiven Nanocarrier.

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Bringt man eine winzige Medikamentenkapsel – einen Nanocarrier – mit Antikörpern unter sauren Bedingungen zusammen, so kommt es zu einer stabilen Anlagerung des Antikörpers an den Medikamententräger.
Bringt man eine winzige Medikamentenkapsel – einen Nanocarrier – mit Antikörpern unter sauren Bedingungen zusammen, so kommt es zu einer stabilen Anlagerung des Antikörpers an den Medikamententräger.
(Bild: Volker Mailänder/Universitätsmedizin Mainz)

Mainz – Wissenschaftler der Universitätsmedizin Mainz und des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) haben eine neue Methode entwickelt, um kleinste mit Medikamenten gefüllte Nanocarrier an Immunzellen andocken zu lassen, die dann wiederum Tumore angreifen. Dies verspricht in Zukunft eine zielgenaue Behandlung, die eine Schädigung von gesundem Gewebe weitestgehend vermeiden kann.

Zur Behandlung von Tumoren oder auch für die Schmerztherapie werden in der modernen Medizin häufig Medikamente verabreicht, die sich im gesamten Körper verteilen, obwohl der medizinisch zu behandelnde Organteil nur klein und abgegrenzt ist.

Mit Nanocarriern gezielt gegen Kopfschmerzen und Tumore

Abhilfe verspricht ein zielgerichteter Transport von Medikamenten zu bestimmten Zelltypen. Vor diesem Hintergrund arbeiten Wissenschaftler an der Entwicklung sogenannter Nanocarrier: Dabei handelt es sich quasi um Miniatur-U-Boote mit einer Größe von ungefähr einem Tausendstel des Durchmessers eines menschlichen Haares. Diese mit dem bloßen Auge nicht erkennbaren Nanocarrier werden mit einem medizinischen Wirkstoff befüllt und dienen somit als konzentrierte Transportbehälter. Die Oberfläche dieser Nanocarrier beziehungsweise Medikamentenkapseln gilt es so zu beschichten, dass sie beispielsweise an mit Krebszellen durchsetztem Gewebe andocken können. Für die Beschichtung werden meist Antikörper verwendet, die wie ein Adressaufkleber an den zu adressierenden Zellen – wie etwa Tumorzellen oder Immunzellen, die Tumore angreifen – eine Bindestelle vorfinden.

„Genial einfach“ und effektiv: Neue Methode zum Transport von Medikamenten

Das Team um Prof. Dr. Volker Mailänder von der Hautklinik der Universitätsmedizin der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) hat nun eine neue Methode entwickelt, die Antikörper mit der Medikamentenkapsel auf eine genial einfache Weise zu verbinden: „Bisher mussten diese Antikörper aufwendig mit chemischen Methoden an die Nanokapseln gebunden werden“, so Mailänder. „Wir haben nun nachgewiesen, dass es ausreicht, Antikörper und Nanokapsel in einer angesäuerten Lösung zusammenzuführen.“

Die ForscherInnen heben in ihrer Veröffentlichung hervor, dass die Verbindung von Nanokapsel und Antikörper auf diese Art und Weise etwa doppelt so effizient im Reagenzglas funktioniert – und damit auch der zielgerichtete Medikamententransport entscheidend verbessert werden kann. Unter Bedingungen, wie sie im Blut vorherrschen, verlor zudem der chemisch gekoppelte Antikörper fast vollständig seine Wirksamkeit, während der nicht-chemisch aufgebrachte Antikörper weiterhin funktional blieb.

In diesem Video erhalten Sie Einblicke in die Funktionsweise der Nanocarrier ((c) Volker Mailänder/Universitätsmedizin Mainz)

Nanocarrier bleibt stabiler

„Die bisher übliche Anbindung über komplexe chemische Verfahren kann dazu führen, dass der Antikörper verändert oder gar zerstört wird beziehungsweise der Nanocarrier im Blut schnell mit Proteinen zugesetzt wird“, so Prof. Dr. Katharina Landfester vom Max-Planck-Institut für Polymerforschung. Die neue Methode, die auf dem physikalischen Effekt der sogenannten Adsorption oder „Anhaftung“ basiert, schützt den Antikörper. Hierdurch wird der Nanocarrier stabiler und kann somit effektiver die Medikamente im Körper verteilen.

Der ph-Wert entscheidet

Die Forscher haben zur Entwicklung ihrer neuen Methode Antikörper und Medikamententransporter in einer sauren Lösung zusammengebracht. Dies führt – im Gegensatz zu einer Verbindung bei einem neutralen pH-Wert – zu einer effizienteren Besetzung der Nanopartikel-Oberfläche. Laut den Forschern bleibt auf dem Nanocarrier somit weniger Platz für Blutproteine, die das Andocken an eine Zielzelle verhindern könnten.

Insgesamt sind sich die Forscher sicher, dass die neu entwickelte Methode Effizienz und Anwendbarkeit von auf Nanotechnologie basierende Therapieverfahren in Zukunft erleichtern und verbessern wird.

Das Projekt wird durch den Sonderforschungsbereich SFB 1066 „Nanodimensional polymer therapeutics for tumor therapy“ der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und durch das Forschungszentrum Immuntherapie (FZI) der Johannes Gutenberg-Universität Mainz finanziert.

Originalveröffentlichung: Manuel Tonigold, Johanna Simon, Diego Estupiñán, Maria Kokkinopoulou, Jonas Reinholz, Ulrike Kintzel, Anke Kaltbeitzel, Patricia Renz, Matthias P. Domogalla, Kerstin Steinbrink, Ingo Lieberwirth, Daniel Crespy, Katharina Landfester & Volker Mailänder: Pre-adsorption of antibodies enables targeting of nanocarriers despite a biomolecular corona, Nature Nanotechnology (2018), DOI: http://dx.doi.org/10.1038/s41565-018-0171-6

* O. Kreft: Universitätsmedizin Mainz, 55131 Mainz

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