Maßgeschneiderte synthetische Wirkstoffe DNA-Nanopartikel gegen Krankheiten designen

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Technische Universität Darmstadt

Aus DNA-Molekülen haben Forscher der TU Darmstadt spezielle Nanopartikel hergestellt, die sich als medizinischer Wirkstoff eignen. In der Studie entwickelten und testeten sie solche Partikel gegen die Schlafkrankheit

Darmstadt – DNA ist den meisten als das biologische Speichermolekül bekannt, auf dem die Informationen für unseren Körper codiert sind. Doch die langen Molekülketten sind auch außerhalb der Gene für interessante Einsatzmöglichkeiten geeignet: Etwa für maßgeschneiderte Medikamente aus DNA-Nanopartikeln.

Am Fachbereich Biologie der TU Darmstadt wird seit langem an Methoden geforscht, mit denen sich neue Therapeutika zur Bekämpfung von Infektionskrankheiten herstellen lassen. Die große Bedeutung dieser Disziplin ist während der SARS-CoV2-Pandemie erneut mehr als deutlich geworden. Der Arbeitskreis von Prof. H. Ulrich Göringer am Fachgebiet Molekulare Genetik hat nun eine neue Publikation auf diesem Forschungsgebiet vorgelegt. Darin berichten die Wissenschaftler über einen Ansatz zum Design synthetischer Wirkstoffe, die gezielt gegen die Schwachstellen eines Krankheitserregers ausgerichtet werden können.

Es handelt sich dabei um Nanopartikel, in denen ein Kern aus Membranlipiden von einer Hülle aus DNA-Molekülen umgeben ist. Während die Lipidmoleküle im Kern eine generelle, membranzerstörende Wirkung auf den Krankheitserreger ausüben, kann die DNA-Hülle so „programmiert“ werden, dass ein zweites biochemisches Ziel des Krankheitserregers attackiert wird.

Von der Skizze zur Synthese: ein kompletter Testlauf gegen Schlafkrankheit

Gegen die im tropischen Afrika vorkommende Schlafkrankheit konstruierten die Autoren ein derartiges DNA-Lipid-Nanopartikel quasi am Reißbrett, synthetisierten es und zeigten, wie es den infektiösen Parasiten zielgerichtet im Laufe weniger Stunden zerstört. Die Nanopartikel entfalten ihre Toxizität gegenüber dem Schlafkrankheitserreger bereits in sehr kleiner Menge, nämlich in einem Konzentrationsbereich, der eine Größenordnung unterhalb der wirksamen Konzentration bereits bekannter Wirkstoffe liegt.

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Design lässt sich auf andere Krankheiten anpassen

Die vom Arbeitskreis synthetisierten Partikel bestehen aus kurzen DNA- und Cholesterol-Molekülen – beides biogene, also in der Natur vorkommende, ungiftige Verbindungen. Das vorgestellte Design der DNA-Nanopartikel lässt sich auch auf andere Infektionskrankheiten anpassen. Die Technologie könnte so zur Grundlage für eine Anwendung in der Pharmaindustrie werden.

Das Forschungsprojekt wendet konsequent synthetisch-biologische Prinzipien des Wirkstoffdesigns an und reiht sich damit in den Forschungsschwerpunkt des Centre for Synthetic Biology an der TU Darmstadt ein.

Originalpublikation: Dr. Robert Knieß, Dr. Wolf-Matthias Leeder, Paul Reißig, Felix Klaus Geyer, Prof. Dr. H. Ulrich Göringer: Core-Shell DNA-Cholesterol Nanoparticles Exert Lysosomolytic Activity in African Trypanosomes, ChemBioChem, First published: 30 August 2022; DOI: 10.1002/cbic.202200410

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