Genau ans Ziel mit synthetischer DNA

Ganz so einfach wie beschrieben, ist ein von Wissenschaftlern der Technischen Universität München und der Königlichen Technischen Hochschule Stockholm entwickeltes Verfahren zur Nano-Verpackung für Wirkstoffe nicht. Im Gegenteil: Es ist äußerst komplex. In »ACS Nano« berichten die Forscher um Ceren Kimna aus München über ihre Arbeit.

Wenn Arzneistoffe nicht nur erkrankte, sondern auch gesunde Zellen erreichen und auf diese einwirken, kommt es oft zu unerwünschten Arzneimittelreaktionen. Paradebeispiel dafür sind Onkologika. Ziel der Forscher war es, ein Transportsystem zu kreieren, durch das ein Wirkstoff, zum Beispiel ein Zytostatikum, nur innerhalb von betroffenen Zellen freigesetzt wird. Im ersten Schritt galt es dafür, den Wirkstoff sicher zu verpacken. Hierfür verwendeten die Wissenschaftler Hauptbestandteile des Schleims, die sogenannten Mucine, in ihrer Arbeit. Danach stellten sie DNA-Strukturen mit gewünschten Eigenschaften synthetisch her und hefteten sie chemisch an die Mucine. Wird einer Lösung, in der sich die Mucin-DNA-Moleküle und ein Wirkstoff befinden, Glycerol zugesetzt, sinkt die Löslichkeit der Mucine. Sie falten sich zusammen und schließen den Wirkstoff ein. Die DNA-Stränge binden zudem aneinander und stabilisieren die Struktur, sodass sie sich nicht mehr von alleine auffalten kann.

Es folgte Schritt 2: Die geschaffenen Wirkstoffträger können zwar von allen Zellen aufgenommen werden, allerdings gelang es durch einen Trick, dass nur erkrankte Zellen in die Lage versetzt wurden, den Wirkstoff auch freizusetzen. Das heißt, nur sie besitzen den richtigen Schlüssel, um die DNA-stabilisierten Partikel wieder zu öffnen. Wie das geht? An dieser Stelle kommen mikro-RNA-Moleküle ins Spiel. »In Krebszellen sind mikro-RNA-Stränge vorhanden, deren Aufbau genau bekannt ist«, so Kimna in einer Meldung der TU München. »Um sie als Schlüssel zu nutzen, haben wir das Schloss entsprechend angepasst – durch sorgfältiges Design der synthetischen DNA-Stränge, die unsere Medikamententräger-Partikel stabilisieren.« Die DNA-Stränge sind so aufgebaut, dass die mikro-RNA-Moleküle daran binden können und dadurch die vorhandenen Bindungen, die die Struktur stabilisieren, auflösen.

Die Forscher konnten zeigen, dass dieser Mechanismus in Tumor-Modellsystemen aus Zellkulturen funktioniert. Noch ist die klinische Erprobung des neuen Mechanismus in der Ferne, vorher sind erst weitere Laboruntersuchungen notwendig. Auch wollen die Forscher andere Modifikationen dieses Mechanismus zur Wirkstoff-Freisetzung untersuchen, um bestehende Krebstherapien zu verbessern. Das neue Verfahren ist jedoch nicht auf die Onkologie beschränkt. Die synthetischen DNA-Stränge in den Partikeln können auch an mikro-RNA-Strukturen angepasst werden, die bei anderen Krankheiten auftreten, etwa bei Diabetes oder Hepatitis.