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Zielgerichtete Krebstherapie mit Nanorobotern?

Krebs-bekämpfende Nanobots werden zur Tumor-Jagd programmiert

| Redakteur: Dipl.-Medienwirt (FH) Matthias Back

Ein Meilenstein in der Krebsbehandlung? Einem amerikanisch-chinesischem Forscherteam ist es gelungen, Nanoroboter erfolgreich so zu programmieren, dass sie gezielt Tumore angreifen.

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Wissenschaftler der Arizona State University (ASU) und des National Center for Nanoscience and Technology (NCNST) haben erfolgreich Nanoroboter programmiert, um Tumore zu schrumpfen, indem sie ihre Blutversorgung unterbrechen.
Wissenschaftler der Arizona State University (ASU) und des National Center for Nanoscience and Technology (NCNST) haben erfolgreich Nanoroboter programmiert, um Tumore zu schrumpfen, indem sie ihre Blutversorgung unterbrechen.
(Bild: Baoquan Ding / Hao Yan)

„Wir haben das erste vollständig autonome DNA-Robotersystem für ein sehr präzises Arzneimitteldesign und eine zielgerichtete Krebstherapie entwickelt“, sagt Hao Yan, Direktor des Center for Molecular Design and Biomimetics des Biodesign Institutes der Arizona State University (ASU). „Zudem ist diese Technologie eine Strategie, die für viele Arten von Krebs eingesetzt werden kann, da alle soliden Blutgefäße, die von Tumoren gespeist werden, im Wesentlichen gleich sind“, sagte Yan.

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Yan ist ein Experte auf dem Gebiet des DNS-Origami. Die Faltung von DNS-Strängen erlaubt die Fertigung molekularer „Nano-Maschinen“, die gezielt auf bestimmte Rezeptoren im Körper angesetzt und zur Durchführung von Aufgaben programmiert werden können - in der Hoffnung, eines Tages Computer, Elektronik und Medizin zu revolutionieren. Nano-Medizin gilt als ein großer Zukunftsbereich, der eines Tages eine möglichst nicht-invasive Behandlung von Organen und Tumoren möglich machen könnte.

In den letzten zwei Jahrzehnten hat sich diese Technik immer weiter verfeinert und so die Entwicklung von immer komplexeren „Nano-Robotern“ möglich gemacht. Die Bausteine für den Bau ihrer Strukturen beziehen die Forscher aus DNA, die sich in alle möglichen Formen und Größen selbst falten kann - alles in einem Maßstab, der 1.000-mal kleiner ist als die Breite eines menschlichen Haares.

Suchen und zerstören

Eine große Schwierigkeit in der Nanomedizin bestand darin, Nanomaschinen zu bauen und kontrollieren, die aktiv nach Krebsgeschwülsten suchen und diese zerstören, ohne dabei gesunde Zellen zu schädigen. Das internationale Forscherteam aus Wissenschaftlern der Arizona State University und des National Center for Nanoscience and Technology (NCNST) in Peking, China, hat nun eine scheinbar einfache Lösung für das Problem gefunden: Ihre Nanoroboter können einen Tumor sehr selektiv angehen und effektiv aushungern.

Die Arbeit wurde vor etwa fünf Jahren begonnen. Die NCNST-Forscher wollten zunächst die Tumorblutversorgung gezielt unterbrechen, indem sie die Blutgerinnung mit hoher therapeutischer Wirksamkeit und Sicherheitsprofilen in mehreren soliden Tumoren mit Hilfe von DNA-basierten Nanocarriern induzieren. In Kooperation mit den Wissenschaftlern der ASU um Yan wurde dieses Nanobot-Design zu einem voll programmierbaren Robotersystem aufgewertet, das in der Lage ist, seine Mission ganz alleine zu erfüllen.

„Diese Nanoroboter können so programmiert werden, dass sie molekulare Nutzlasten transportieren und vor Ort Tumorblutversorgungsblockaden verursachen, die zu Gewebetod und Schrumpfung des Tumors führen können“, sagt Baoquan Ding, Professor am NCNST.

Zur Durchführung ihrer Studie nutzten die Wissenschaftler ein bekanntes Maus-Tumormodell, bei dem menschliche Krebszellen in eine Maus injiziert werden, um aggressives Tumorwachstum zu induzieren. Sobald der Tumor wuchs, wurden die Nanoroboter zur Rettung eingesetzt.

Molekül-große Angriffsmaschinen

Jeder Nanoroboter besteht aus einem flachen, rechteckigen DNS-Origami-„Blatt“, das 90 Nanometer mal 60 Nanometer groß ist. Ein wichtiges Blutgerinnungsenzym, Thrombin genannt, befindet sich an deren Oberfläche.

Thrombin kann die Durchblutung des Tumors blockieren, indem es das Blut in den Gefäßen, die das Tumorwachstum speisen, gerinnt. Die Folge ist ein miniaturisierter Infarkt des Tumors, der mittelbar zum Absterben des wuchernden Gewebes.

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