Supplement: Perspektiven der Pneumologie & Allergologie

Forschung: Mit „Mais“ besser inhalieren

Dtsch Arztebl 2018; 115(10): [28]; DOI: 10.3238/PersPneumo.2018.03.09.05

EB

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Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimitteltransporter zum Inhalieren.

Die Nanotransporter sehen in der Vergrößerung wie ein Haufen aus Maiskolben aus. Foto: Marc Schneider/NanoBioNet
Die Nanotransporter sehen in der Vergrößerung wie ein Haufen aus Maiskolben aus. Foto: Marc Schneider/NanoBioNet

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Forscher der Universität des Saarlandes gemeinsam mit dem Leibniz-Institut für Neue Materialien und der Universität Marburg entwickelt haben, kann inhaliert werden. Prof. Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei.

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Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse überwinden, die der Körper zu seinem Schutz gegen Viren, Bakterien oder Partikel wie Dieselruß aufgebaut hat – etwa den Schleim der Atemwege. Damit die Arznei dort nicht steckenbleibt, haben die Forscher ein Transportsystem entwickelt, das einen Wirkstoff zuverlässig in die Lungenzellen schleust. „Stäbchenförmige Partikel sind lungengängig. Außerdem bieten sie ein großes Volumen für die Ladung, die transportiert werden soll“, erklärt Schneider.

Die Zylinder mit der maisartigen Struktur sind 10 000 × 3 000 Nanometer klein, etwa so groß wie ein Bakterium. Damit stehen sie auch auf dem Speisezettel der Fresszellen des Immunsystems. „Sie sind von ihrer Größe her so bemessen, dass sie beim Inhalieren im tiefen Lungengewebe landen. Zudem stellen wir über die Größe sicher, dass nur die Immunzellen, vor allem die Makrophagen, den Transporter aufnehmen“, erläutert Schneider. Die Fresszellen fressen den „Nano-Mais“. Durch ihre Verdauungsprozesse setzen sie den in ihm transportierten Wirkstoff frei: Konkret besteht dieser Wirkstoff aus Plasmid-DNA, die die Funktion der Makrophagen beeinflusst. Die darin enthaltenen „Befehle“ programmieren die Immunzellen so um, dass sie den Therapieeffekt auslösen und zur Heilung beitragen können. Der „Nano-Mais“ sorgt dafür, dass diese Ladung zielgenau im richtigen Zelltyp abgeliefert wird.

Schneider und sein Team füllen zur Herstellung Partikel in eine stäbchenförmige Nanoschablone mit vielen kleinen Löchern: Ganz so als würden sie Teig in eine Kuchenform gießen. Es entsteht ein Nanoröhrchen mit vielen kleinen Kugeln. Damit es nicht auseinanderfällt, verkleben die Forscher die Moleküle Lage für Lage miteinander und verbacken dabei zugleich auch die pharmazeutisch aktiven Substanzen. Wenn sich die Membranschablone später auflöst, bleibt der fertig beladene maisförmige Transporter.

Um zu zeigen, dass die kleinen Trägersysteme tatsächlich ihre Ladung in die Lungenzellen liefern, beluden die Wissenschaftler den „Nano-Mais“ mit genetischem Material, das den Bauplan von sogenannter Luciferase enthält: Dieses Enzym ruft eine Biolumineszenz hervor. Nimmt die Zelle den „Nano-Mais“ mit dieser Ladung auf, produziert sie dieses Enzym und leuchtet. Die Forscher konnten nach erfolgreichem Transport das Leuchten in den Zellen nachweisen.

Noch ist der Wirkstofftransporter Gegenstand der Grundlagenforschung, aber die Forscher entwickeln ihn für den späteren Einsatz in der Therapie weiter – um etwa in der Mukoviszidose-Therapie eingesetzt zu werden. EB

DOI: 10.3238/PersPneumo.2018.03.09.05

Quelle: Möhwald M, Pinnapireddy SR, Wonnenberg B, et al.: Adv Healthc Mater 2017; 6 (20). DOI: 10.1002/adhm.201700478.

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