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Nanopartikel als Wirkstofftransporter Nanopartikel-Aufnahme im Zellkern untersucht

Von Christian Schneider*

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Medikamente können mithilfe von Nanopartikeln direkt in die Zellen geschleust werden, wo sie wirken sollen. Doch bisher war unklar, ob Proteine im Blut den Transport stören. Nun zeigt ein Forscherteam: Obwohl Proteine sich ans Nano-Vehikel anhängen, werden im Zellinneren Wirkstoff und Nanopartikel wieder getrennt.

Bei ihrer Reise durchs Blut lagern sich Blutproteine auf der Oberfläche von Nanopartikeln an. Forscher haben nun gezeigt, dass diese durch Prozesse in der Zelle wieder getrennt werden.
Bei ihrer Reise durchs Blut lagern sich Blutproteine auf der Oberfläche von Nanopartikeln an. Forscher haben nun gezeigt, dass diese durch Prozesse in der Zelle wieder getrennt werden.
(Bild: MPI-P)

Nanopartikel sind ein aktuelles Forschungsgebiet und aus der modernen Medizin nicht mehr wegzudenken. Sie dienen als mikroskopisch kleine Medikamentenkapseln, die einen Durchmesser von weniger als einem tausendstel Millimeter besitzen. Unter anderem werden sie in aktuellen Impfstoffen gegen das Corona-Virus eingesetzt, um Wirkstoffe effektiv dorthin zu bringen, wo sie benötigt werden. Meist docken die Kapseln an Zellen an, werden von diesen umhüllt und schließlich in sie aufgenommen. In der Zelle können chemische Prozesse die Kapseln öffnen, wodurch der Wirkstoff freigegeben wird.

Dieser idealisierte Prozess findet jedoch meist gar nicht so statt: Während des Weges durch die Blutbahnen sammeln sich Eiweißproteine auf der Oberfläche des Nanotransporters an. Diese finden ebenfalls ihren Weg mit in die Zelle. Lange war nun fraglich, ob dieser Vorgang den Prozess der Wirkstofffreisetzung beeinträchtigt.

Doppelte Sicht auf den Zellkern

Wissenschaftler um Ingo Lieberwirth und Katharina Landfester vom Max-Planck-Institut für Polymerforschung, haben sich der Frage nach beeinträchtigter Wirksamkeit von Nanokapseln nun angenommen. Hierfür haben sie einen Nanopartikel sowie Blutproteine mit unterschiedlichen Fluoreszenzfarbstoffen markiert. Beide leuchten dann mit unterschiedlicher Farbe, wenn sie durch ein hochauflösendes Lichtmikroskop betrachtet werden. Gleichzeitig haben die Forscher mithilfe eines Elektronenmikroskops den Vorgang in höherer Auflösung beobachtet.

Durch die Kombination von Licht- und Elektronenmikroskopie haben die Wissenschaftler aufgedeckt, dass die Zelle den Verbund aus Nanopartikel und Blutproteinen zunächst in sich aufnimmt. Im Zellinneren zeichneten die Forscher dann den entscheidenden Moment auf: Die Protein-Ummantelung löst sich vom Nanopartikel ab und gibt diesen frei. Nach einiger Zeit liegen Proteine und Partikel getrennt in der Zelle vor.

„Wir nehmen daher an, dass die Wirkstofffreisetzung in der Zelle nicht durch die Protein-Ummantelung gestört wird“, sagt Lieberwirth. „Wie genau der Prozess innerhalb der Zelle jedoch vonstattengeht, gilt es jetzt herauszufinden.“ (clu)

Originalpublikation: Han, S.; da Costa Marques, R.; Simon, J.; Kaltbeitzel, A.; Koynov, K.; Landfester, K.; Mailänder, V.; Lieberwirth, I.: Endosomal sorting results in a selective separation of the protein corona from nanoparticles, Nature Communications 14, Article number: 295 (2023); DOI: 10.1038/s41467-023-35902-9

* Dr. C. Schneider, Max-Planck-Institut für Polymerforschung

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