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Medizin

Nanoroboter schnüren Krebszellen Blutzufuhr ab

Dienstag, 13. Februar 2018

Der Nanoroboter ist beladen mit Thrombin (lila) und DNA (grün), die die Blutgefäße des Krebsgewebes erkennen. /Jason Drees, Arizona State University

Dallas – Mit einem Nanoroboter ist es gelungen, die Blutzufuhr von Tumoren in Mäusen zu kappen, sodass die Krebszellen sich reduzieren. Die erfolgreiche Demonstration der autonomen zielgerichteten Krebstherapie ist die erste ihrer Art in Säugetieren, die Mamma-, Melanom-, Eierstock- und Lungenkrebs-Mausmodelle verwendet. Forscher der Arizona State University (ASU) und des National Center for Nanoscience and Technology (NCNST) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften publizierten ihre Ergebnisse in Nature Biotechnology (2018; doi: 10.1038/nbt.4071).

Die Nanoroboter bestehen aus einer flachen, rechteckigen DNA-Origami-Folie von 90 mal 60 Nanometern. An der Oberfläche ist das Blutgerinnungsenzym Thrombin befestigt und eine DNA, die Nucleolin bindet. Dieses Protein dient der Erkennung des Tumors, da es speziell auf der Oberfläche von Endothelzellen der Blutgefäße expri­miert wird, die Tumoren versorgen, und nicht auf der Oberfläche gesunder Zellen zu finden ist.

/youtube, Jason Drees, Arizona State University

Für ihre Studie nutzten die Wissenschaftler ein Maus-Tumormodell, bei dem mensch­liche Krebszellen in das Tier injiziert werden, um ein aggressives Tumorwachstum zu induzieren. Sobald der Tumor wuchs, injizierten die Forscher die Nanoroboter in die Schwanzvenen der Mäuse, sodass die Roboter-DNA an die den Tumor umgebenden Blutgefäße binden konnte. Anschließend entfaltete sich der Nanoroboter, gab das eingekapselte Thrombin frei und induzierte eine Blutgerinnung (siehe Video).

Das führte zu einer Art Tumor-Mini-Herzinfarkt. Der Tumor wurde nicht mehr versorgt, das Gewebe starb innerhalb von 24 Stunden ab und der Tumor schrumpfte. Nach 2 Tagen gab es Anzeichen einer fortgeschrittenen Thrombose und nach 3 Tagen beobachteten die Forscher Thromben in allen Tumorgefäßen. Nach dem therapeu­tischen Angriff wurden die meisten Nanoroboter wieder abgebaut.

Auch im Melanom-Tiermodell zeigten 3 von 8 Mäusen, die eine Therapie mit Nanorobotern erhielten, eine vollständige Rückbildung der Tumore. Die mediane Überlebenszeit stieg von 20,5 in der Kontrollgruppe auf 45 Tage. Der Nanoroboter beeinflusste dabei nicht nur den Primärtumor, sondern verhinderte auch die Bildung von Metastasen. Einen weiteren Test führten die Forscher an einem primären Lungenkrebs-Mausmodell durch. Hier schrumpfte das Tumorgewebe nach einer 2-wöchigen Behandlung.

Zuvor hatten die Forscher die Sicherheit der Nanoroboter in Mäusen und Bama-Miniaturschweinen untersucht. „Sie erwiesen sich als sicher und immunologisch inert“, sagte Yuliang Zhao vom NCNST. Eine Veränderung der normalen Blutgerinnung oder Zellmorphologie konnte nicht beobachtet werden. Es gab auch keine Hinweise darauf, dass sich die Nanoroboter in das Gehirn ausbreiten, wo sie unerwünschte Neben­wirkungen verursachen könnten. Darüber hinaus sei diese Technologie eine Strategie, die für viele Krebsarten verwendet werden könne, sagte Hao Yan, Direktor des Zentrums für Molekulardesign und Biomimetik des ASU Biodesign Institute. © gie/aerzteblatt.de

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