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DNA-Origami: „Nano-Roboter“ sollen Tumoren angreifen

Freitag, 17. Februar 2012

Boston – Krebsmedikamente sollen künftig in einem aus DNA-Schnipseln geknüpften Nanokäfig an ihre Wirkstätte transportiert werden. In Science (2012; 335: 831–834) stellen US-Forscher ihr neues Konzept vor, das sie als „Nano-Roboter“ bezeichnen.

Die DNA-Origami-Technik nutzt die Eigenschaft der komplementären Basen unserer Erbsubstanz, feste Verbindungen einzugehen. In der Natur führt dies zur Bildung des bekannten DNA-Doppelstrangs. Im Labor von Shawn Douglas vom Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering in Boston fügen sich die DNA-Schnipsel spontan zu flächigen Strukturen zusammen. Entscheidend für das Design ist dafür die Auswahl der DNA-Schnipsel mit den passenden Basen an der richtigen Stelle.

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Das Team um Douglas hat die DNA-Origami-Technik so weit perfektioniert, dass sich jeweils die Hälften eines sechseckigen Röhrchens mit einem Durchmesser von 35 Nanometern formieren. An ihrer Innenseite befinden sich Bindungsstellen für Wirkstoffe. Diese werden in den Röhrchen festgehalten und können damit keine schädliche Wirkung entfalten, bis sie an ihrem Zielort angelangt sind.

Dort werden die Röhrchen an zwei Gelenken aufgeklappt und die Wirkstoffe freigesetzt. Der Klappmechanismus wird durch zwei Aptamere ausgelöst. Das sind kurze einzelsträngige DNA-Schnipsel, die aufgrund ihrer 3D-Struktur an spezielle Strukturen, beispielsweise auf der Oberfläche von Krebszellen, binden. Douglas bezeichnet die kleinen molekularen Transportvehikel als Nano-Roboter.

In Laborversuchen waren die Nano-Roboter in der Lage, Leukämie- und Lymphomzellen unter anderen Zellen zu finden. In einer anderen Anwendung wurden T-Zellen anvisiert. Im ersten Fall tragen die Röhrchen Antikörper, die die Krebszelle angreifen, im zweiten Fall besteht das Ziel darin, die körpereigene Krebsabwehr zu stimulieren.

In der Petrischale ist dies gelungen. Ob die Nano-Roboter jedoch auch im menschlichen Organismus erfolgreich wären, lässt sich schwer vorhersagen. Es steht zu befürchten, dass die komplexen Fremdmoleküle nicht ihr Ziel erreichen, da sie vorher vom Immunsystem angegriffen, von Proteasen im Blut verdaut oder von Enzymen der Leber metabolisiert werden.

Douglas will die Nano-Roboter deshalb im nächsten Schritt mit einem schützenden „Mantel“ aus Polyethylenglycol (PEG) versehen. PEG wird bereits bei Wirkstoffen wie Interferon verwendet, um sie vor einem frühzeitigen Abbau zu schützten und die Halbwertzeit zu verlängern. © rme/aerzteblatt.de

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