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Wirkstofftransport im Körper Per Bürsten-Bällchen zur Krebszelle

Redakteur: Christian Lüttmann

Eingebettet in Nanobürsten aus Polymerfäden – so sicher verpackt wollen Forscher der amerikanischen University of Massachusetts Wirkstoffproteine in Tumorzellen schicken. Damit soll zukünftig eine gerichtete Krebstherapie möglich werden.

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Ein „Bürstenbällchen“ mit Polymerfäden soll Wirkstoffe in Krebszellen schleusen.
Ein „Bürstenbällchen“ mit Polymerfäden soll Wirkstoffe in Krebszellen schleusen.
(Bild: Wiley-VCH)

Massachusetts/USA – Bei der Wirkstoffentwicklung gegen Krebs gilt es, eine Gratwanderung zu meistern: Einerseits muss ein Wirkstoff so gestaltet sein, dass er Krebszellen abtötet, andererseits darf er nur in der Zielzelle selbst seine Wirkung entfalten, um gesundes Gewebe nicht zu schädigen. Viele Mediziner befürworten daher das Konzept eines Frachtpakets: Bis zum Zielort bleibt der Arzneistoff geschützt und verpackt, und bei der „Adresssuche“ helfen Antikörper, die nur an der Krebszelle andocken.

Solche Antikörper erkennen bestimmte Rezeptorstrukturen auf der Zellmembran. Dort docken sie an und die Zelle schleust den Wirkstoff hinein. Allerdings funktioniert das nicht bei größeren Wirkstoffproteinen. Diese Proteine sind oft wasserlöslich und können die Zellmembran nicht passieren. Ein weiteres Problem stellen die körpereigenen Proteasen dar, die die transportieren Proteinwirkstoffe abbauen, bevor sie ihren Zielort erreicht haben.

Geschützt im Wald aus Polymerfäden

Sankaran Thayumanavan und Kollegen an der amerikanischen University of Massachusetts haben nun ein besonders geschütztes Nano-Frachtpaket entwickelt, das die Ladung unversehrt an die korrekte Adresse liefert. Als Trägermaterial setzten sie Kügelchen aus Siliziumdioxid mit einem Durchmesser von knapp 200 Nanometern ein. Deren Oberfläche besetzten sie wie eine Bürste mit doppelt funktionalisierbaren Polymerfäden, sodass kleine „Bürstenbällchen“ entstanden.

An die Polymerborsten hängte das Team durch chemische Klickreaktionen den gewünschten Proteinwirkstoff und den Antikörper an. Auf den fertigen Paketbällchen lagen nun die Antikörper ganz außen, die Proteine befanden sich gut geschützt weiter innen in einem Wald aus Polymerfäden, berichten die Wissenschaftler.

Tausendfach höhere Beladung

Diese Art von Protein-Antikörper-Konjugaten (PACs) erlaubt es, wasserlösliche Proteine sicher zu transportieren. Darüber hinaus ergibt sich noch ein besonderer Vorteil, wie die Arbeitsgruppe sagt: „Es gibt bei diesem Format die Möglichkeit, ein hohes Protein-Antikörper-Verhältnis zu erreichen.“ Bei den bisherigen Antikörper-Wirkstoff-Kombinationen könne ein (teurer) Antikörper nämlich höchstens vier molekulare Wirkstoffe in die Zelle schleusen. Bei den PACs sei theoretisch eine Beladung von über 10.000 transportierten Proteinen pro Antikörper möglich, rechneten die Forscher aus.

Das Team testete das neue System an verschiedenen Zellkulturen mit verschiedenen Antikörpern und Proteinen. Wie geplant, erreichten die Enzyme das Ziel in der Zelle und entfalteten dort ihre tödliche Wirkung.

Stoppen Makrophagen die Wirkstofflieferung?

Als nächstes möchte die Gruppe aus Massachusetts herausfinden, ob die Frachtpakete von körpereigenen Makrophagen abgewehrt werden können. Es gibt aber Grund zur Zuversicht: Wegen der Funktionalisierung mit dem Polymer Polyethylenglykol und den Antikörpern auf der Oberfläche sei eher eine schnelle Aufnahme im Körper bei gleichzeitig geringer Makrophagen-Aktivität zu erwarten.

Originalpublikation: Bin Liu, Khushboo Singh, Shuai Gong, Mine Canakci, Prof. Barbara A. Osborne, Prof. S. Thayumanavan: Protein–Antibody Conjugates (PACs): A Plug‐and‐Play Strategy for Covalent Conjugation and Targeted Intracellular Delivery of Pristine Proteins, First published: 26 March 2021, DOI: 10.1002/ange.202103106

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