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Gentherapie Neue hocheffiziente Polymere für die Gentherapie

| Redakteur: Dr. Ilka Ottleben

Forschern der Universität Bayreuth ist es durch Einsatz neu entwickelter Polymere gelungen, Gene mit hoher Effizienz in lebende Zellen einzuschleusen – und zwar auch in solche Zellen, bei denen bislang Viren für die Transfektion benötigt werden. Stattdessen werden bei dem in Bayreuth entwickelten Verfahren große sternförmige Moleküle als nicht-virale Vektoren verwendet.

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Abb. 1: Grundstruktur eines sternförmigen PDMAEMA-Moleküls.... (Bild: Christopher V. Synatschke, Lehrstuhl für Makromolekulare Chemie II, Universität Bayreuth)
Abb. 1: Grundstruktur eines sternförmigen PDMAEMA-Moleküls.... (Bild: Christopher V. Synatschke, Lehrstuhl für Makromolekulare Chemie II, Universität Bayreuth)

Bayreuth – Bei allen gentherapeutischen Verfahren geht es darum, fehlende Gene zu ergänzen, defekte Gene zu ersetzen oder zumindest die Folgen derartiger Schäden zu kompensieren. Dazu ist es erforderlich, die in der DNA gespeicherten Gene in die Zellkerne einzuführen, wo sich die Erbinformation befindet. Damit die DNA-Moleküle von außen in die Zellen hineinkommen, müssen sie von anderen Substanzen dorthin transportiert werden. Diese Transporteure der Gene werden als "Vektoren" bezeichnet, der Übertragungsvorgang als "Transfektion".

In der Biotechnologie und der Medizin kommen sehr verschiedenartige Vektoren zum Einsatz. Einige Verfahren arbeiten mit Viren, andere mit nicht-viralen Vektoren. Viren haben sich seit Jahrmillionen darauf spezialisiert, Gene effizient in verschiedenste Zellen einzuschleusen. Doch sie sind möglicherweise infektiös oder können Immunreaktionen auslösen. Auch sind bei der Verwendung viraler Vektoren bereits Fälle von Blutkrebs aufgetreten. Umgekehrt verhält es sich mit den nicht-viralen Vektoren, die in der Gentherapie bisher verwendet werden: Sie sind sicherer, aber deutlich weniger effizient. Insbesondere sind sie kaum dazu fähig, Gene in ausdifferenzierte Zellen und sich nicht mehr teilende Zellen einzuschleusen.

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Ein neues gentherapeutisches Verfahren ist die RNA-Interferenz-Therapie. Sie ist angezeigt, wenn einzelne Gene zu aktiv sind. Dem lässt sich entgegenwirken, indem Ribonukleinsäure (RNA) in die Zelle eingeschleust wird. Doch hierfür gibt es bisher kein wirklich effizientes Transfektionsmittel, denn Viren oder andere natürliche Vektoren sind für diese Therapieform ungeeignet.

Vom interdisziplinären Projekt zum Patent

In dieser Situation haben Prof. Dr. Ruth Freitag, Lehrstuhl für Bioprozesstechnik, und Prof. Dr. Axel Müller, Lehrstuhl für Makromolekulare Chemie II, und ihre Mitarbeiter an der Universität Bayreuth einen Forschungserfolg erzielt, der die Anwendung gentherapeutischer Verfahren erheblich voranbringen kann. In einer fächerübergreifenden Zusammenarbeit haben sie neue nicht-virale Vektoren entwickelt. In allen Tests an lebenden Zellen haben sich diese Vektoren als sicher und zugleich als effizient erwiesen.

Die Bayerische Patentallianz (BayPAT), als zentrale Patent- und Vermarktungsagentur der bayerischen Hochschulen, hat die Erfindung für die Universität Bayreuth mit positivem Ergebnis evaluiert. Die Erfindung wurde daher von der BayPAT im Namen der Universität Bayreuth bereits zum Patent angemeldet.

Große sternförmige Moleküle als hocheffiziente Vektoren

Die neuen nicht-viralen Vektoren bestehen aus einem kugelförmigen Nanopartikel im Zentrum und aus zahlreichen Armen, die an das Nanopartikel angehängt sind. Die Arme zeigen wie die Strahlen eines Sterns in alle Richtungen. Sie sind positiv geladen und können deshalb große Mengen an negativ geladener DNA aufnehmen.

Chemisch gesehen, handelt es sich bei diesen Molekülen um positiv geladene Sternmoleküle aus PDMAEMA. Die Abkürzung steht für "Poly(2-(dimethylamino)ethylmethacrylat)". Der sternförmigen Struktur der Moleküle ist es zu verdanken, dass sie überhaupt als Vektoren infrage kommen. Lineare Moleküle mit einer ebenso großen Molekülmasse wären hochtoxisch und daher prinzipiell ungeeignet.

Die sternförmigen Vektoren, die in den Laboratorien der Bayreuther Makromolekularen Chemie synthetisiert wurden, sind keineswegs ein teures Kunstprodukt. "Es gibt inzwischen moderne Verfahren, mit denen PDMAEMA-Sterne in großen Mengen und relativ kostengünstig hergestellt werden können", berichtet Professor Axel Müller. "Die bisher verwendeten hochregulär aufgebauten Dendrimere sind deutlich aufwändiger und damit teurer herzustellen."

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