Große Fortschritte bei der DNA/RNA-Verabreichung in Krebs- und Herz-Kreislauf-Therapeutika
Wenn wir über medizinische Errungenschaften nachdenken, richten sich unsere Gedanken oft auf neue Medikamente und Behandlungen. Doch Innovationen bei biologischen Wirkstoffen, Nanogeräten und Verfahren zur Verabreichung von Medikamenten sind ebenso revolutionär, da sie den Rahmen für solche Fortschritte bilden. Eine spannende Anwendung biomedizinischer und technologischer Innovationen sind DNA- und RNA-basierte Therapeutika – eine relativ neue Klasse von Behandlungsmethoden, die sich rasch von Forschungsneugier zu präklinischen und klinischen Entwicklungsphasen weiterentwickelt hat. Der Großteil der DNA- und RNA-Therapien verwendet Nanopartikel zur Wirkstoffabgabe. Diese intelligenten Verabreichungssysteme können auf bestimmte Körperteile abzielen und bieten eine präzisere und somit wirksamere Behandlung. Im Rahmen des EU-finanzierten Projekts NANO-SUPREMI wurden erfolgreich neue DNA-basierte Nanosensoren und Nanoträger entwickelt, die für den Einsatz in der Medizin vielversprechend sind. „Die DNA-basierten Nanopartikel wurden so konzipiert, dass sie auf die folgenden Proteine abzielen: NF-κB, TEAD, YAP/TAZ. Diese spezifischen Proteine haben sich vor kurzem als eine wichtige ’Kreuzung’ für eine Reihe intrazellulärer Signalwege erwiesen. Sie werden daher als diagnostische Marker bei pathologischen Erkrankungen wie Krebs und Herz-Kreislauf-Erkrankungen eingesetzt“, erklärt Francesca Cavalieri, Koordinatorin bei NANO-SUPREMI. Der Projektpartner, die Universitätsklinik St. Anne’s in Brünn unter der Leitung von Giancarlo Forte, hemmte in vitro erfolgreich das Wachstum von Brustkrebs durch Blockieren dieser Proteine. Es wird nun versucht, diese Nanotechnologie auf die Tumorzellen der Prostata eines Patienten anzuwenden.
Blick auf die Wirkungsweise therapeutischer Nanopartikel
Um neue DNA- und RNA-basierte Nanopartikel zu entwickeln, entwarfen Forschende zunächst eine DNA-Sequenz, die an bestimmte Proteine binden kann. Um die zelluläre Aufnahme und intrazelluläre Signalgebung der entworfenen Sequenz zu erleichtern, umgaben sie die DNA-Sequenz mit einem Nanopartikel mit spezifischen chemischen und strukturellen Eigenschaften. Hochentwickelte Mikroskopietechniken ermöglichten es dem Forschungsteam, die Größe und Form der Nanopartikel zu beurteilen und Bioverfahren auf der Nanoskala zu verfolgen – die zelluläre Aufnahme, den intrazellulären Transport und die gezielte Abgabe der Nanoarzneimittel sowie DNA-, kurze interferierende RNA- (oder siRNA) und miRNA- (microRNA) Nanopartikel. „Wir fanden heraus, dass unser neu entwickelter DNA-Nanoschalter als dynamische Sonde für die Erfassung und vergleichende Quantifizierung der intrazellulären Stilllegung von NF-κB in Echtzeit dient, wodurch die Notwendigkeit von Reportergenen entfällt. Diese einfache, schnelle und funktionale Sensorik ist eine interessante Alternative zu Standardfärbetechniken auf Basis von Antikörpern und mehrstufigen und reagenzienintensiven Reportergen-Technologien“, erklärt Cavalieri. Das Forschungsteam veröffentlichte seine Ergebnisse in Nanoscale.
Eine weltweite multidisziplinäre Zusammenarbeit
Die Nanotechnologie bietet die Instrumente für Fortschritte in vielen Bereichen der Wissenschaft und Technik. Es handelt sich nicht um ein einzelnes Gebiet, sondern um die aktive Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Disziplinen zur Manipulation von Materialien auf atomarer und molekularer Ebene. Kommt dies in der Medizin zum Einsatz, so sind die Ergebnisse besonders spannend und können unser Leben maßgeblich verbessern. NANO-SUPREMI bot Nachwuchsforschenden sowie erfahrenen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern die Möglichkeit einer multidisziplinären Schulung in Molekularbiologie, Optik, biologischer Bildgebung, Nanobiomaterialien sowie bioanalytischer Chemie. Die Teammitglieder organisierten den Wissenstransfer durch experimentelle Schulungsmethoden, eine Reihe von Workshops und Seminaren zwischen Forschungs- und Bildungseinrichtungen in Italien, der Tschechischen Republik, Australien, Brasilien, Kuba sowie den Vereinigten Staaten.
Schlüsselbegriffe
NANO-SUPREMI, DNA, RNA, Nanopartikel, Medizin, intrazelluläre Signale, gezielte Abgabe
