Nanopartikel schleusen Wirkstoff in Krebszellen ein

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Diese anschließende Umhüllung des Partikels mit einer Lipiddoppelschicht wird mit einer speziellen Fluoreszenzmethode, der Fluoreszenz-Kreuzkorrelations-Spektroskopie (FKKS) bestätigt. Dabei erhält die Lipidhülle eine Fluoreszenzmarkierung, die sich von der des Partikels unterscheidet. Das Gerät analysiert dann die Bewegungsmuster beider Farben in Suspension. Zeigen beide Farbkanäle die gleichen Muster, zeigt das eine gemeinsame Bewegung an. Somit kann auf die erfolgreiche Anbringung der Lipiddoppelschicht an das Partikel geschlossen werden. Eine nochmalige Analyse der Partikelgröße mithilfe von dynamischer Lichtstreuung zeigt, dass nur jeweils ein einzelnes Partikel als Träger jeweils einer Lipiddoppelschicht fungiert.

Als nächstes wurde die Dichtigkeit der Lipidhülle um das Partikel überprüft. Hierzu wurde ein Fluorescein-Salz in die Poren geladen und durch die Lipiddoppelschicht eingeschlossen. Durch Fluoreszenzspektroskopie konnte gezeigt werden, dass erst nach Zugabe der oberflächenaktiven Substanz Triton-X – gleichzusetzen mit einer Zerstörung der Doppelmembran – Fluorescein aus den Poren diffundieren konnte (s. Abb. 4).

Nach diesen vielversprechenden Ergebnissen wurden die synthetisierten Proben in lebenden Zellen untersucht. Dabei war es wichtig, einen direkten biologisch relevanten Effekt zu erzielen, der auch mit fluoreszenzmikroskopischen Methoden sichtbar gemacht werden kann. Dafür bedarf es auf der einen Seite eines empfindlichen Mikroskops, das Fluoreszenz auf Einzelzellebene sichtbar machen kann. Im Labor von Prof. Bräuchle wurden die Aufnahmen an einem hochauflösenden konfokalen Fluoreszenzmikroskop mit zwei verschiedenen Fluoreszenzkanälen angefertigt. Mithilfe der Optik des Mikroskops war es sogar möglich, dreidimensionale Rekonstruktionen einer einzelnen Zelle zu erstellen.

Fluoreszierendes Cytoskelett als Anzeiger einer erfolgreichen Therapie

Andererseits benötigt man einen mit dieser Methodik gut fassbaren Effekt in der Zelle, um eine gezielte Freisetzung zu beobachten. In dieser Arbeit wurde eine spezielle Zelllinie, die GFP-markierte Mikrotubuli exprimiert, verwendet (GFP: green fluorescent protein). Mikrotubuli-Strukturen können effektiv durch das ToxinColchicin depolymerisiert werden. Sind diese Tubuli farbig markiert, kann man beobachten, wie das Colchicin das Cytoskelett der Zelle zersetzt (s. Abb. 5).

Im Experiment werden die Zellen mit den beladenen Nanotransportern inkubiert und einzeln mit konfokaler Fluoreszenzmikroskpie beobachtet. Diese Methode erlaubt eine detaillierte, zeitaufgelöste Betrachtung des erzielten Effekts. Im Versuch wurden die klar definierten filamentösen Strukturen des Cytoskeletts bereits etwa zwei Stunden nach Zugabe der Nanopartikel deutlich zersetzt. Die behandelten Zellen werden dadurch an der Teilung gehindert. In einem parallelen Experiment konnte auch gezeigt werden, dass die gleiche Dosis gelösten Colchicins auf die Zellen keinen nennenswerten Effekt hatte. Die Konzentration der transportierten Wirkstoffe in den Kanälen der porösen Partikel erhöht die Menge an Wirkstoff, welcher in den Zellen freigesetzt wird um ein Vielfaches. Diese Erhöhung der Effektivität könnte in der Krebstherapie von Nutzen sein.

Partikel sollen in Zukunft zwischen Zellen unterscheiden

Weitere zukünftige Forschung soll dazu führen, dass das beladene Partikel eigenständig zwischen einer Krebszelle und einer gesunden Zelle unterscheiden kann. Dabei wird die hohe Konzentration bestimmter Rezeptoren auf der Zelloberfläche kranker Zellen genutzt. Diese können mit speziellen Molekülen, welche an die Partikeloberfläche angebunden werden, angesteuert werden. Die ungiftigen Glaspartikel haben nach Meinung der Wissenschaftler ein hohes Potenzial, zukünftig in der Krebstherapie eine wichtige Rolle zu spielen.

Originalartikel

V. Cauda, H. Engelke, A. Sauer, D. Arcizet, C. Bräuchle, J. Rädler, T. Bein, Nano Letters 2010, 10, 2484, „Colchicine-Loaded Lipid Bilayer-Coated 50 nm Mesoporous Nanoparticles Efficiently Induce Microtubule Depolymerization upon Cell Uptake“

Die Autoren danken Axel Schlossbauer (Universität München) für seine Mithilfe bei der Abfassung dieses Artikels.

* Dr. V. Cauda, Dr. H. Engelke, A. Sauer, Dr. D. Arcizet, Prof. C. Bräuchle, Prof. J. Rädler, Prof. T. Bein, Ludwig-Maximilians-Universität München, 81377 München

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