Mit winzigen Blüten Medikamente transportieren

Wie bringt man ein Medikament im K?rper genau dorthin, wo es wirken soll? An dieser Frage forschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler schon l?nger. Es geht beispielsweise darum, Krebsmedikamente zu einem Tumor zu transportieren, damit sie nur dort wirken und im Rest des K?rpers keine Nebenwirkungen verursachen. Die Forschung sucht nach Tr?gerpartikeln, an die ein Wirkstoff gebunden werden kann. Solche Partikel m¨¹ssen eine ganze Reihe von Bedingungen erf¨¹llen, darunter folgende drei: Sie m¨¹ssen erstens m?glichst viele Wirkstoffmolek¨¹le aufnehmen, zweitens mit einem einfachen Verfahren wie Ultraschall durch die Blutbahnen gelenkt und ihr Weg durch den K?rper muss drittens mit einem bildgebenden Verfahren verfolgt werden k?nnen. Nur wenn dieser letzte Punkt erf¨¹llt ist, l?sst sich ¨¹berpr¨¹fen, ob der Medikamententransport funktioniert hat.

Alle diese Anforderungen unter einen Hut zu bringen, war f¨¹r die Wissenschaft eine Knacknuss. Forschende unter der Leitung der ETH Z¨¹rich haben nun f¨¹r eine spezielle Klasse von Partikeln gezeigt, dass sie die Bedingungen hervorragend erf¨¹llen. Diese Teilchen sind nicht nur leistungsf?hig, sie sehen unter dem Mikroskop auch h¨¹bsch aus: Sie ?hneln winzigen Papierblumen oder Sandrosen. Aufgebaut sind sie aus hauchd¨¹nnen Bl?ttchen, die sich selbstorganisierend zu Bl¨¹ten zusammenf¨¹gen. Diese Bl¨¹tenteilchen haben einen Durchmesser von einem bis f¨¹nf Mikrometern, was kleiner ist als ein rotes Blutk?rperchen.

Ihre Form beg¨¹nstigt zwei Eigenschaften: Zum einen haben die Bl¨¹tenpartikel im Verh?ltnis zu ihrer Gr?sse eine riesige Oberfl?che. Die Zwischenr?ume zwischen den vielen dicht gepackten Bl¨¹tenbl?ttern sind nur wenige Nanometer breit und wirken wie Poren. Dadurch k?nnen sie sehr grosse Wirkstoffmengen aufnehmen. Zum anderen streuen die Bl¨¹tenbl?tter Schallwellen oder sie lassen sich mit Molek¨¹len beschichten, die Licht absorbieren. Mit Ultraschall oder der sogenannten optoaktustischen Bildgebung sind sie deshalb sehr gut sichtbar.

Diese Ergebnisse ver?ffentlichten die Gruppen von Daniel Razansky und Metin Sitti j¨¹ngst im Fachmagazin externe Seite Advanced Materials. Razansky ist Professor f¨¹r biomedizinische Bildgebung an der ETH Z¨¹rich und an der Universit?t Z¨¹rich. Sitti ist Experte f¨¹r Mikrorobotik und war bis vor kurzem Professor an der ETH Z¨¹rich und am Max-Planck-Institut f¨¹r Intelligente Systeme in Stuttgart. Jetzt arbeitet er an der Ko? ?niversitesi in Istanbul.

Besser als Gasbl?schen

?Bisher haben Forschende f¨¹r den Transport durch die Blutbahn mit Ultraschall oder anderen akustischen Methoden vor allem winzige Gasbl?schen untersucht?, sagt Paul Wrede, Mitautor der Studie und Doktorand in Razanskys Gruppe. ?Wir zeigen nun, dass man auch feste Mikropartikel akustisch steuern kann.? Der Vorteil der Blumenpartikel gegen¨¹ber den Bl?schen: Man kann sie mit einer gr?sseren Menge an Wirkstoffmolek¨¹len beladen.

In Experimenten in der Petrischale zeigten die Forschenden, dass sich die Bl¨¹tenpartikel mit einem Krebsmedikament beladen lassen. Ausserdem injizierten sie die Partikel in die Blutbahn von M?usen. Mit fokussiertem Ultraschall hielten sie die Teilchen an einer vorher festgelegten Stelle im Blutkreislauf fest. Dies funktionierte, obschon das Blut weiter zirkulierte und an den Partikeln vorbeifloss. Fokussierter Ultraschall ist eine Technik, bei der Schallwellen auf einen Punkt geb¨¹ndelt werden. ?Wir injizieren die Partikel also nicht einfach und hoffen auf das Beste, sondern wir k?nnen sie kontrollieren?, sagt Wrede. Mit dieser Technik wollen die Forscher eines Tages Medikamente zu Tumoren transportieren oder zu Thromben, welche Blutgef?sse verstopfen.

Je nach Anwendung und je nach Bildgebungsverfahren, mit dem die Forschenden die Position der Partikel kontrollieren m?chten, stellen sie sie aus verschiedenen Materialien her und beschichten sie unterschiedlich. ?Das grundlegende Funktionsprinzip beruht auf ihrer Form, nicht auf dem Material, aus dem sie bestehen?, sagt Wrede. In ihrer Studie untersuchten die Forschenden eingehend Bl¨¹tenpartikel aus Zinkoxid. Zudem testeten sie Partikel aus dem Kunststoff Polyimid und aus einem Verbundmaterial, das aus Nickel und organischen Verbindungen zusammengesetzt ist.

Nun m?chten die Forschenden den Ansatz weiterentwickeln. Zun?chst planen sie weitere Untersuchungen in Tieren, bevor die Technik allenfalls auch Menschen mit Kreislauferkrankungen oder Krebs zugutekommen kann.