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Nanotechnologie

Zwerge mit Riesenpotenzial

06.08.2013
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Von Ulrike Viegener / Nanopartikel aus Gold werden mit einem Wirkstoff beladen und setzen ihn dann per Laser gesteuert frei. Dieses aktuelle Beispiel zeigt, wie sich Nanoteilchen zur gezielten Verschiffung von Arzneistoffen nutzen lassen. Drug Targeting ist das Stichwort.

Sie sind winziger als winzig, Zwerge eben, wie ihr aus dem Griechischen abgeleiteter Name sagt: Nanoteilchen bewegen sich in der unvorstellbar kleinen Dimension von einem Milliardstel Meter. In der Nanowelt herrschen andere Gesetze, und das macht die winzigen Teilchen so interessant, unter anderem auch für die Pharmazie. Die Minipartikel besitzen ganz neue Eigenschaften, für die ihre – relativ zum Volumen – sehr große Oberfläche bestimmend ist.

Die Zwerge haben das Zeug, die Pharmazie zu revolutionieren: als Vehikel, mit denen man Wirkstoffe ziel­genau verschiffen kann. Bei herkömmlichen Darreichungsformen geht ein Großteil des Wirkstoffs im System verloren, was einerseits die erwünschte Wirkung mindert und andererseits das Risiko unerwünschter Effekte erhöht. Ein weiteres Problem ist die schlechte Wasserlöslichkeit vieler potenzieller Arzneistoffe. Schon Paul Ehrlich hatte deshalb Anfang des 20. Jahrhunderts die Vision, Wirkstoffe in »Zauberkugeln« zu packen und sie darin gezielt dorthin zu transportieren, wo sie gebraucht werden.

 

Mit den Nanoteilchen ist das jetzt in den Bereich des Machbaren gerückt. Seit Jahrzehnten arbeiten Forscher an dieser Technologie. Erst in jüngerer Zeit allerdings mehren sich Berichte darüber, dass das Prinzip des Drug Targeting tatsächlich funktionieren kann. Dabei müssen die Nanopartikel ihre Fracht erstens zielgenau am Wirkort anliefern und zweitens den Wirkstoff vor Ort abladen.

 

Steuerung per Laserlicht

 

Eine jetzt im Fachjournal »PLOS ONE« publizierte Studie beschreibt, wie sich die Wirkstoff-Freisetzung per Laser­bestrahlung steuern lässt (doi: 10.1371/journal.pone.0068511). Goldene Nanostäbchen wurden mit dem Blutgerinnungsfaktor Thrombin beschickt und anschließend mit Laserlicht beschossen, woraufhin sie ihre Ladung freigaben. Das Ganze fand im Reagenzglas statt; die Forschung befindet sich also noch in einem sehr frühen Stadium. Studien in vivo sind jetzt erforderlich, um die Eignung dieser Methode unter Beweis zu stellen.

 

Bleibt die Frage, wie sich der erste Schritt – die selektive Anlieferung des Wirkstoffs am angepeilten Wirkort – bewerkstelligen lässt. Dazu gibt es verschiedene Möglichkeiten: In der Tumortherapie, einer Domäne der Nanotechnologie, kann man sich den Umstand zunutze machen, dass Blutgefäße im Tumorgewebe eine erhöhte Permea­bilität aufweisen. Das führt dazu, dass sich die mit einem Zytostatikum beladenen Nanopartikel von ganz alleine im Zielgewebe anreichern.

 

Eleganter und effizienter sind allerdings Drug Carrier, die aktiv den Zielort aufsuchen. Dazu werden Nanoteilchen mit Liganden versehen, die an Zielgewebe-selektive Strukturen andocken. Bevorzugt werden als Liganden Antikörper verwendet, die zum Bespiel an spezifische Tumorantigene binden. Eine weitere Methode ist die Steuerung magnetischer Nanopartikel durch ein von außen angelegtes Magnetfeld.

 

Diese Beispiele zeigen, wie sich Wissenschaftler virtuos in der Nanowelt bewegen und Carrier-Systeme mit unterschiedlichen Eigenschaften designen. Dabei werden teils natürliche, teils synthetische Substanzen verwendet, die oft eine Polymerstruktur aufweisen. Die Trägersysteme sind kugelig, stäbchenförmig oder flächig, und die Wirkstoffe werden darin entweder eingekapselt oder oberflächlich daran angeheftet.

 

Zu den am besten erforschten Nano­partikeln zählen Liposomen, die aus Phospholipid-Doppelschichten bestehen. Große Erwartungen werden auch in die sogenannten Fullerene gesetzt. Das sind kugelige Gebilde, die sich, einem Fußball ähnlich, aus fünf- oder sechseckigen Kohlenstoffringen zusammensetzen. Zum Beispiel wird daran gearbeitet, für die Tumortherapie radioaktive Atome in Fulleren-Käfigen zu verschicken.

 

Man experimentiert zudem mit dem Zermahlen von Arzneistoffen in spe­ziell entwickelten Mühlen. Ziel ist es, durch Vergrößerung des Oberflächen-Volumen-Verhältnisses eine bessere Löslichkeit zu erreichen. Die entstehenden Nanokristalle bestehen aus reinem Wirkstoff, können aber durch spezielle Beschichtungen den Erfordernissen angepasst werden. Zum Beispiel kann so die Blut-Hirn-Schranke passierbar gemacht werden.

 

Trotz dieser intensiven Forschung haben es bislang nur wenige Präparate zur Marktreife gebracht. Als erstes liposomales Tumortherapeutikum wurde Mitte der 1990er-Jahre in den USA Doxorubicin (Doxil®, in Deutschland Caelyx®) zugelassen.

 

Aktuell wird die Entwicklung von Fulleren-Wirkstoffen vor allem vom US-amerikanischen Hersteller CSixty vorangetrieben, wobei patentierbare Plattform-Technologien entwickelt werden sollen. Sehr schnell vollzieht sich die Entwicklung der noch relativ jungen Nanokristall-Technologie. Es befinden sich bereits einige Präparate auf dem Markt, zum Beispiel das Immunsuppressivum Sirolimus (Rapamune®).

 

Das Wissen hat noch große Lücken

 

Die Geschwindigkeit, mit der sich die Nanotechnolgie entwickelt, wird zunehmend mit Sorge betrachtet. Ernst zu nehmende Instanzen wie das Bundesinstitut für Risikobewertung warnen vor möglichen Gesundheitsrisiken. Es gibt Hinweise, dass Nanoteilchen sich im Organismus anreichern und zum Beispiel Krebs auslösen können. Das große Problem ist allerdings, dass man über das Schicksal der Teilchen in vivo erst sehr wenig weiß.

 

Der erforderliche Forschungsaufwand in dieser Hinsicht ist angesichts der Vielfalt verschiedener Nanopartikel enorm. Um Risiken sicher aus­zuschließen, wird man für jedes Nanoteilchen beziehungsweise für entsprechende Prototypen Sicherheitsprüfungen über längere Zeiträume durchführen müssen. Zu bevorzugen sind in jedem Fall biologisch abbaubare Teilchen.

 

Laut einer 2005 von der Allianz-Versicherung vorgelegten Studie besteht das eigentliche Risiko in der »Lücke, die zwischen der dynamischen Entwicklung der Nanotechnologie und dem Wissen um mögliche Gefahren besteht«. Unbedingt – darüber herrscht inzwischen Konsens – müssen zügig verbindliche Sicherheitsstandards geschaffen werden. /

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