Pharmazeutische Zeitung online
Nanomedizin

Zwerge mit Potenzial

29.09.2008
Datenschutz bei der PZ

Nanomedizin

Zwerge mit Potenzial

Von Bettina Sauer, Berlin

 

Die Nanotechnologie gilt als Schlüsseltechnologie des 21. Jahrhunderts, die an vielen Stellen Einzug in unseren Alltag hält. Welche Chancen und Risiken sie für die Medizin beinhaltet, erörterten Experten bei einer Konferenz der Friedrich-Ebert-Stiftung.

 

Winzige Halbleiter-Kristalle sollen gezielt Tumorzellen im Körper aufspüren, in sie eindringen und sie im Laserlicht zum Leuchten bringen. An dieser Vision arbeiten Forscher vom Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen, wobei sie mit anderen europäischen Wissenschaftlern kooperieren und Fördergelder von der Europäischen Union beziehen. »Wir versprechen uns davon einen Durchbruch in der medizinischen Diagnostik«, sagt die Biochemikerin und Projektleiterin Professor Dr. Donna Arndt-Jovin im Gespräch mit der PZ.

 

Diagnostik mit Leuchtpünktchen

 

Mithilfe der sogenannten Quantenpunkte (Quantum dots) ließen sich Krebserkrankungen möglicherweise weitaus früher erkennen und besser operieren als bisher. »Oft müssen Chirurgen das Tumorgewebe möglichst vollständig entfernen, ohne aber unnötig gesundes Gewebe wegzuschneiden. Bei diesem Konflikt könnte ihnen eine deutliche Markierung der Tumorzellen helfen.« Arndt-Jovins Team hat bereits Quantum dots erzeugt und bewiesen, dass sie in einzelne Zellen eindringen und dort ihre Leuchtkraft entfalten. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscher unter anderem 2004 in »Nature Biotechnology«. Derzeit entwickeln und testen sie Quantum dots, die ausschließlich in Zellen mit speziellen  Molekülen auf der Oberfläche eindringen, also nur bestimmte Tumortypen markieren.

 

»Dass Quantum dots eine so starke und lang anhaltende Lumineszenz erzeugen, hängt physikalisch mit ihrer geringen Größe zusammen«, sagt Arndt-Jovin. Der Durchmesser der bislang erzeugten Teilchen betrage etwa 20 nm. Damit zählen die Leuchtpünktchen zu den Produkten eines jungen Forschungsgebietes: der Medizin im Maßstab Nano (abgeleitet von griechisch für »Zwerg«). Diese arbeitet mit Materialen in unterschiedlichsten Formen, die nur aus wenigen Atomen oder Molekülen bestehen und höchstens 100 nm groß sind. Ein Nanometer ist der Milliardstel Teil eines Meters (10-9 m). Selbst kleine menschliche Zellen sind mindestens 1000-mal größer. »Unter den vielen zukunftsträchtigen Anwendungen der Nanotechnologien nimmt der Bereich der Medizin eine besondere Stellung ein, denn er ist mit hohen Erwartungen und Hoffnungen verbunden«, schreibt ein Autorenteam um Dr. Antje Grobe vom Zentrum für interdisziplinäre Risikoforschung und nachhaltige Technikentwicklung der Universität Stuttgart in einem Gutachten. Die Friedrich-Ebert-Stiftung gab es in Auftrag und stellte es vergangene Woche bei einer Fachkonferenz in Berlin der Öffentlichkeit vor.

 

»Nanomaterialien verfügen über Eigenschaften, die wir in der makroskopischen Welt nicht vorfinden und die sich therapeutisch und diagnostisch nutzen lassen«, sagte einer der Referenten, der Biologe Dr. Andreas Jordan, Vorstandmitglied des Berliner Unternehmens MagForce Nanotechnologies. »Viele Forschergruppen an Universitäten und in Unternehmen versuchen, entsprechende Produkte zu entwickeln, und die deutsche Bundesregierung und die Europäische Union fördern diese Aktivitäten mit Millionensummen. Doch befinden sich die meisten nanomedizinischen Projekte noch im Stadium der Grundlagenforschung.«

 

Dagegen rücke ein Verfahren seines Unternehmens der Zulassung immer näher. Es läuft seit 1987 und dient dem Ziel, Tumoren einzuheizen. Dazu entwickelten Jordan und Kollegen Flüssigkeiten mit Eisenoxid-Nanopartikeln, die wie unregelmäßig geformte Kügelchen aussehen, einen Durchmesser von etwa 20 nm aufweisen und sich magnetisch in Schwingung versetzen lassen. »Ein ml Flüssigkeit enthält rund 17 Billiarden Nanopartikel«, sagte Jordan bei seinem Vortrag. Einige ml davon bekommen Patienten in einer minimal-invasiven Operation direkt ins Tumorgewebe gespritzt. Die Menge richtet sich nach der Größe und der Art des Tumors und wird vorher exakt berechnet. »Nach der Injektion verteilen sich die Eisenoxid-Nanopartikel überall im Krebsgewebe und dringen in die einzelnen Tumorzellen ein. Das kontrollieren Ärzte sicherheitshalber mithilfe der Computertomografie, bevor sie den zweiten Teil der Therapie beginnen.«

 

Nano-Heizkraftwerk gegen Tumoren

 

Dabei liegen Patienten eine Stunde lang in einem weißen, übermannsgroßen, ebenfalls selbst entwickelten Gerät. Es umschließt die Körperregion, in der sich der Tumor befindet, und erzeugt dort ein Magnetfeld. Dieses versetzt die Eisenoxid-Partikel in solch starke Schwingungen, dass sie das Tumorgewebe erhitzen. »Wir erzeugen genau steuerbare Temperaturen zwischen 40 °C und 70 °C«, sagte Jordan. »Sie schwächen die Tumorzellen und machen sie anfälliger für Chemo- oder Strahlentherapien. Und ab 46 °C schädigen sie so viele Proteine, dass die Tumorzelle sogar unmittelbar an Überhitzung stirbt. Der Abbau der Zelltrümmer erfolgt auf natürlichem Wege.« Weil die Nanopartikel im noch unzerstörten Tumorgewebe verblieben, könnten die Ärzte die Therapie mehrfach wiederholen, ohne eine neue Injektion durchzuführen.

 

»Das Verfahren scheint bei allen soliden Tumoren zu funktionieren und kaum Nebenwirkungen zu verursachen.« Das belegten Tierversuche und bereits abgeschlossene klinische Phase-I-Studien, die meist in Kooperation mit der Charité Universitätsmedizin Berlin stattfanden. »Inzwischen haben wir 150 Patienten mit unterschiedlichen Tumoren behandelt, darunter Brust-, Gebärmutterhals- und Speiseröhrenkrebs.« 2007 startete eine klinische Phase-II-Studie zum Einsatz der Teilchen bei Prostatakarzinom. Und schon seit 2005 läuft eine weitere Phase-II-Studie bei Patienten mit Glioblastom, einem aggressiven Gehirntumor. Jordan zeigte sich überzeugt, dass sie den gewünschten klinischen Wirksamkeitsbeweis erbringen wird: »Ende 2010 rechnen wir mit der europäischen Zulassung zum Einsatz beim Glioblastom.«

 

Die Nano-Heizkraftwerke sind ein Beispiel für eine neuartige Behandlung. Daneben nutzen Forscher die Technologien aber auch, um bekannte Therapien zu veredeln. So scheinen Oberflächenbeschichtungen aus Nanomaterialien Knochen- und Zahn-implantate zu härten, schneller einwachsen zu lassen und ihre Lebensdauer zu verlängern. Zwar befinden sich die meisten Produkte noch in der Entwicklung. Doch ein deutsches Unternehmen vertreibt schon seit einigen Jahren eine Paste mit nanokristallinem Hydroxylapatit (Ostim®), das den mineralischen Bestandteilen der Knochen stark ähnelt.  Sie lässt sich beispielsweise nach kieferchirurgischen Eingriffen in den Kochen einspritzen und regt sein  Wachstum an.

 

Weiterhin befinden sich Wundverbände mit nanokristallinem Silber auf dem Markt, um Wunden vor Infektionen zu schützen und so den Heilungsprozess zu beschleunigen. Auch medizinische Geräte versuchen Forscher mit Nanosilber zu überziehen. Bei Harnkathetern ist das Jean-Baptiste Roullet und seinen Kollegen von der US-amerikanischen Oregon Health & Science University kürzlich gelungen, wie sie dieses Jahr im »Journal of antimicrobial Chemotherapy« berichteten. Ihre Studie zeigt auch, dass die Katheter eine sehr starke bis vollständige antibakterielle Wirkung gegen alle untersuchten Bakterienstämme zeigten und sich im Einsatz bei Mäusen als gut verträglich erwiesen.

 

Verkapselungssysteme für Arzneien

 

Mehr als die Hälfte aller nanomedizinischen Forschungsaktivitäten in Deutschland dient dem Ziel, Arzneimittel mit Nanomaterialien zu verpacken, schätzt Jordan. Eine enorme Fülle an »Verkapselungssystemen« stehe schon zur Verfügung, heißt es in dem Gutachten für die Friedrich-Ebert-Stiftung. Demnach bestehen diese Nanomaterialien meist aus natürlichen oder naturähnlichen Fett-, Eiweiß- und Zuckerverbindungen und sind entsprechend biologisch abbaubar. Oft formen sie Partikel, hohle Kugeln oder verzweigte baumartige Strukturen (Dendrimere), die Wirkstoffe an der Oberfläche binden oder in ihr Inneres aufnehmen. Zu den nicht-abbaubaren Verbindungen zählen Gerüste aus Kohlenstoff-Atomen, die wie Röhren oder wie Fußbälle aussehen. Letztere bezeichnet man als Fullerene.

 

Von solchen Verkapselungssystemen versprächen sich Forscher viele Vorteile, sagte Dr. Karl-Jürgen Schmitt vom Unternehmen Siemens Healthcare bei seinem Vortrag: »Sie schützen pharmazeutische Wirkstoffe vor dem vorzeitigen Abbau und ermöglichen ihren Transport über ansonsten unüberwindbare biologische Barrieren, wie etwa die Magen-Darm-Wand oder die Blut-Hirn-Schranke.« Außerdem versuchten Forscher, Moleküle an die Nanosysteme zu koppeln, durch die sie ihre Zielstrukturen erkennen und sich dort anreichern. »Auf diese Weise lösen die Arzneimittel besonders gut die gewünschten Effekte aus. Zugleich verursachen sie deutlich weniger Nebenwirkungen, weil sie den Rest des Körpers kaum beeinflussen.«

 

Diese Eigenschaften machten Nanomaterialien auch interessant für die medizinische Diagnostik. Siemens und kooperierende Unternehmen forschten auf diesem Gebiet, insbesondere bei bildgebenden Verfahren. Als vielversprechenden Ansatz nannte Schmitt die Kombination von Kontrastmitteln und Nanomaterialien, die sich gezielt in den zu untersuchenden Körpergeweben anreichern. »Auf diese Weise erhalten die Diagnoseärzte deutlich stärkere Signale und sparen zugleich nebenwirkungsreiches Kontrastmittel ein.« Als weiteres Beispiel nannte er die eingangs erwähnten Quantum dots.

 

Eines ist den meisten nanomedizinischen Produkten gemein: Sie gelangen in den menschlichen Körper. Deshalb mahnen Grobe und Kollegen in ihrem Gutachten: »Bei allen gesundheitlichen Potenzialen, die durch die Anwendung von Nanotechnologien in Aussicht gestellt werden, darf die Risikobetrachtung nicht aus den Augen verloren werden.« Und zwar für jedes einzelne Produkt, schließlich gebe es inzwischen eine Vielzahl davon mit höchst unterschiedlichen Eigenschaften. Grundsätzlich hielten die meisten Experten biologisch abbaubare Nanomaterialien für weitgehend ungefährlich. Doch warnten sie vor einer möglichen Überdosierung mit Arzneistoffen, wenn sie etwa durch ein Nano-Transportsystem leicht durch die Haut, die Magen-Darm-Wand oder die Blut-Hirn-Schranke gelangten. Doch fallen nanomedizinische Produkte den Autoren zufolge in Deutschland unter das Arzneimittel- oder das Medizinproduktegesetz und in den Zuständigkeitsbereich des Bundesinstituts für Arzneimittel und Medizinprodukte (BfArM), beziehungsweise der europäischen Zulassungsbehörde EMEA. Um auf den Markt zu gelangen, müssen die Substanzen also dieselben umfangreichen Sicherheitsprüfungen bestehen wie herkömmliche Medikamente und Medizinprodukte auch.

Mehr von Avoxa