Von Uta Bilow
28. Februar 2007 Damit Medikamente im Körper ihre Wirkung entfalten können, müssen sie zu den entsprechenden Organen oder Zelltypen gelangen. Viele Arzneistoffe scheitern jedoch an Barrieren im Körperinnern oder werden abgebaut, ehe sie ihren Zielort erreichen. Abhilfe erhofft man sich von Transportsystemen, die die Hindernisse überwinden und die Wirkstoff-Moleküle gezielt zu bestimmten Organen oder Zelltypen schleusen. Eine besonders intelligente Medikamentenfähre, die mit einer Art Navigationssystem ausgerüstet ist, haben nun südkoreanische Forscher von der Technischen Universität in Pohang entwickelt.
Es handelt sich um hohle Nanopartikeln, die in ihrem Innern Wirkstoff-Moleküle aufnehmen können und zusätzlich auf ihrer Oberfläche eine Unmenge kleiner Taschen aufweisen. Diese können mit Biomolekülen gefüllt werden, die die winzigen Kapseln durch den Organismus manövrieren und ihnen den Weg zum Ziel weisen – etwa zu Tumorzellen. Die von Kimoon Kim und seinen Kollegen hergestellten Medikamentenfähren messen zwischen 50 und 600 Nanometer. Als Grundbaustein verwendeten die Forscher ein winziges scheibchenförmiges Molekül namens Cucurbituril, das man zuvor mit einem molekularen Haken ausgestattet hatte.
Molekularer Flickenteppich
Als sie die modifizierten Cucurbituril-Moleküle in Lösung brachten und mit ultraviolettem Licht bestrahlten, begannen sich die molekularen Haken miteinander zu verknüpfen. Dabei entstanden zunächst flache, einem Flickenteppich ähnliche Stücke, die sich von einer gewissen Ausdehnung an krümmten und schließlich zu Hohlkugeln schlossen, deren Schale etwa zwei Nanometer dick war. Die Größe der erhaltenen Nanokugeln war recht einheitlich und ließ sich durch die Wahl des verwendeten Lösungsmittels und die Dimension der molekularen Haken variieren.
Das Navigationssystem der Nanokapseln basiert auf einem kleinen Hohlraum, den jedes Cucurbituril-Molekül aufweist. Diese Taschen haben die Forscher beispielsweise mit Spermin befüllt, einem stickstoffhaltigen Biomolekül, das mit dem Vitamin Folsäure verknüpft war. Die Oberflächenstruktur soll den Wirkstoff-Taxis künftig den Weg zu Tumorzellen weisen. Denn viele Tumore tragen auf ihren Zelloberflächen eine erhöhte Zahl an Folsäure-Rezeptoren. Dort könnte die Wirkstofffähre andocken und ihren Inhalt – einen Antitumorwirkstoff oder ein Kontrastmittel – an das Zellinnere abgeben. Nach Ansicht der Forscher ließen sich so die Krebszellen ohne Nebenwirkungen selektiv angreifen oder aber für eine Diagnose eindeutig markieren.
Fluoreszierende Kapseln
Im Reagenzglas hat das Navigationssystem seine Funktionsfähigkeit bereits erfolgreich demonstriert, wie Kim und seine Kollegen in der Online-Ausgabe der Zeitschrift „Angewandte Chemie“ (doi: 10.1002/ange.200604526) berichten. Die Forscher haben die Nanokugeln mit einem fluoreszierenden Farbstoff gefüllt und an Zellkulturen getestet. Dabei zeigte sich, dass die Zellen den Farbstoff bereitwillig in ihr Inneres aufnahmen. Fehlte jedoch die Folsäure als Wegweiser auf der Oberfläche der Kapseln, gelangte der Farbstoff nicht an sein Ziel.
Text: F.A.Z.
Bildmaterial: ddp
