Minikapseln, die Medikamente gezielt zu erkrankten Organen transportieren, ohne dabei andere Organe zu schädigen: So sieht die Medizin der Zukunft aus. Forschenden vom Adolphe Merkle Institut (AMI) der Universität Freiburg ist es nun erstmals gelungen, solche neuartigen Nanokapseln zu entwerfen. Die nanostrukturierten Trägersysteme könnten neue Ansätze in der Krebstherapie und in der Behandlung von Entzündungen ermöglichen.

Funktionsweise der Nanokapseln: Zum Vergrössern auf Grafik klicken.


Die medizinische Forschung hat sich in den letzten Jahren enorm weiterentwickelt und gerade auch die Nanotechnologie spielt dabei zunehmend eine wichtige Rolle. Am Adolphe Merkle Institut (AMI) der Universität Freiburg arbeiten Wissenschaftler daran, effizientere Krebstherapiemethoden mit weniger Nebenwirkungen zu entwickeln. In Zukunft sollen Minikapseln, sogenannte Nanokapseln, Medikamente durch den menschlichen Körper transportieren und gezielt an erkrankte Organe und Zellen anhaften. Dadurch könnten Wirkstoffe an den Krankheitsherd gebracht werden, ohne dass der Rest des Organismus zu sehr belastet würde. Vielversprechend ist hierbei die Arzneistoffbindung an nanostrukturierte Trägersysteme.

Immer kleiner, immer genauer
Im Rahmen des Nationalen Forschungsprogramms „Intelligente Materialien“ (NFP 62) – einer Kooperation des Schweizerischen Nationalfonds und der Kommission für Technologie und Innovation – ist es Forschenden des AMI gelungen, solche neuartigen Nanokapseln zu entwerfen und diese mit hochmodernen Mikroskopietechniken unverfälscht zu visualisieren. Das Forschungsteam um Prof. Alke Fink vom AMI verwendete für seine Studie „Insertion of Nanoparticle Clusters into Vesicle Bilayers“ Superparamagnetische Eisenoxid-Nanopartikel (Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles), sogenannte SPIONs, die als klassische Kontrastmittel in der Magnetresonanztomographie (MRT) zur Diagnose von Tumoren dienen. „Um Krankheiten zeitgemäss zu heilen, bedarf es einer gezielten Behandlung von krankem Gewebe, ohne dabei die gesunden Organe zu schädigen. Als Träger kommen Liposome in Frage, also virusähnliche Nanokapseln aus Fettmolekülen, die einen kugelförmigen Hohlraum von 100-200 Nanometer Durchmesser umschliessen, da sie mit Medikamenten beladen werden können, welche anschliessend gezielt im Körper freigesetzt werden. Um die Kapseln am Zielort aufzubrechen, setzen wir Nanopartikel als Auslöseimpulse ein“, erläutert Co-Forschungsleiterin Alke Fink, Professorin für Bionanomaterialien am AMI und SNF-Förderprofessorin am Departement für Chemie der Universität Freiburg.

Integration der SPIONs in die Liposome
Eine besondere Herausforderung für die Forschenden stellte die kontrollierte Freisetzung des Medikaments am Zielort dar. Dank fundierter Kenntnisse aus Materialforschung, Biochemie, Medizin und Mikroskopie gelang es dem Expertenteam des AMI, funktionstüchtige Materialien (Hybride) aus Liposomen und Nanopartikeln herzustellen. Durch die präzise Kontrolle des Hybridmaterials konnten die Wissenschaftler hunderte dieser Nanopartikel direkt in der dünnen Membran des Liposoms einbetten. Die SPIONs erhitzen sich im Magnetfeld, wodurch die Fetthülle durchlässig wird und das Medikament austreten kann. Ausserdem lassen sich die SPIONs in der Magnetresonanztomographie (MRT) verfolgen. Daraus eröffnen sich neue Perspektiven in der Entwicklung bedarfsgesteuerter Nanokapseln für eine gezielte und lokale Pharmakotherapie.
Die Forschungsresultate wurden vor kurzem in der renommierten Fachzeitschrift ACS Nano publiziert und bilden den Grundstein für die Weiterentwicklung und Optimierung des Konzepts „Insertion of Nanoparticle Clusters into Vesicle Bilayers“. Die Studie war eine Zusammenarbeit von Experten des AMI, dem Zentrum für Elektronenmikroskopie und dem Labor für Polymere und Membrane der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL), dem Departement für Radiologie am Genfer Universitätsspital und dem Department für Pneumologie am Inselspital Bern. Die Forschenden des AMI erhoffen sich nun, diese neuartigen und vielseitigen Nanokapseln in der Krebstherapie und in der Behandlung von Entzündungskrankheiten einsetzen zu können.

Link zur Studie:
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/nn406349z

Kontakt: Prof. Alke Fink, Adolphe Merkle Institut (AMI), Universität Freiburg, 026 300 95 01, alke.fink@unifr.ch