Nanopartikel mit synthetischer DNS können Wirkstoffe kontrolliert freisetzen

Gezielte Medikamentenlieferung in die Zelle

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler konnten nun zeigen, dass der Mechanismus in Tumor-Modellsystemen aus Zellkulturen funktioniert. Zunächst verpackten sie die Wirkstoffe. Dazu nutzen sie die sogenannten Mucine. Diese sind Hauptbestandteile des Schleims, der zum Beispiel an den Schleimhäuten im Mund, Magen oder Darm gebildet wird. Mucine bestehen aus einem Proteinrückgrat, an das Zuckermoleküle angeheftet sind. „Da Mucine im Körper vorkommen, können geöffnete Mucin-Partikel später von den Zellen abgebaut werden“, sagt Lieleg.

Ein weiterer wichtiger Bestandteil der Verpackung ist ebenfalls im Körper zu finden: die Desoxyribonukleinsäure (DNS), Trägerin unserer Erbinformation. Die Forscherinnen und Forscher stellten DNS-Strukturen mit von ihnen gewünschten Eigenschaften synthetisch her und hefteten sie chemisch an die Mucine. Wird nun der Lösung, in der sich die Mucin-DNS-Moleküle und der Wirkstoff befinden, Glycerin zugesetzt, sinkt die Löslichkeit der Mucine, sie falten sich zusammen und schließen den Wirkstoff ein. Die DNS-Stränge binden sich aneinander und stabilisieren die Struktur, sodass sie sich nicht mehr von alleine auffalten kann.

Nur der richtige "Schlüssel" kann die DNS-stabilisierten Partikel wieder öffnen, sodass die eingekapselten Wirkstoffmoleküle auch freigesetzt werden. Dabei nutzen die Forscherinnen und Forscher sogenannte MikroRNS-Moleküle. RNS oder Ribonukleinsäure ist vom Aufbau der DNS sehr ähnlich und spielt eine große Rolle bei der Proteinsynthese im Körper, kann aber auch andere Zellprozesse regulieren.

"In Krebszellen sind MikroRNS-Stränge vorhanden, deren Aufbau uns genau bekannt ist“, erklärt Ceren Kimna, Erstautorin der Studie. “Um sie als Schlüssel zu nutzen, haben wir das Schloss entsprechend angepasst – durch sorgfältiges Design der synthetischen DNS-Stränge, die unsere Medikamententrägerpartikel stabilisieren.“ Die DNS-Stränge sind so aufgebaut, dass die MikroRNS-Moleküle daran binden können und dadurch die vorhandenen Bindungen, die die Struktur stabilisieren, auflösen. Die synthetischen DNS-Stränge in den Partikeln können auch an Mikro-RNS-Strukturen angepasst werden, die bei anderen Krankheiten wie Diabetes oder Hepatitis auftreten.

Noch ist die klinische Anwendung des neuen Mechanismus nicht erprobt; vorher sind erst weitere Untersuchungen im Labor mit komplexeren Tumor-Modellsystemen erforderlich. Auch wollen die Forscherinnen und Forscher weitere Modifikationen dieses Mechanismus zur Wirkstofffreisetzung untersuchen, um die bestehenden Krebstherapien zu verbessern.