„Neoprenanzug“-Lösung für sichere und wirksame Nanomedizin
Extrazelluläre Vesikel sind winzige Partikel von 50 bis 1 000 Nanometern Größe, welche die Zellen produzieren, um miteinander zu kommunizieren. „Sie sind als winzige Pakete vorstellbar, die zwischen den Zellen verschickt werden und wichtige biologische Botschaften wie etwa Proteine und genetisches Material transportieren“, sagt Paolo Bergese, Koordinator des Projekts BOW von der Universität Brescia und dem Zentrum für Kolloid- und Oberflächenwissenschaften in Italien. „Diese Vesikel spielen sowohl bei gesunden Körperfunktionen als auch bei Krankheitsprozessen eine Schlüsselrolle.“
Einsatz extrazellulärer Vesikel in der Nanomedizin
Die Arbeit des EU-finanzierten Projekts BOW wurde von dieser Welt der extrazellulären Vesikel inspiriert, um eine zentrale Herausforderung der Nanomedizin anzugehen. Die Wissenschaft ist zunehmend daran interessiert, Nanopartikel für bestimmte medizinische Zwecke zu nutzen, etwa zur direkten Verabreichung von Wirkstoffen an bestimmte Zellen. Ein Problem besteht jedoch darin, dass gesichert werden muss, dass diese Nanopartikel nicht vom körpereigenen Immunsystem abgestoßen werden. „Synthetische Nanopartikel weisen zwar in der Medizin ein großes Potenzial auf, aber es gibt dabei oft Probleme, zum Beispiel mit der Toxizität“, erklärt Bergese. „Unsere Idee lautete, diese Nanopartikel in einen biologischen ‚Neoprenanzug‘ aus extrazellulärem Vesikelgewebe zu ‚kleiden‘, d. h. in jene Membran, die extrazelluläre Vesikel umschließt, sodass sie ‚sicher in der Blutbahn surfen‘ können, ohne angegriffen oder zu schnell abgebaut zu werden.“ Zu diesem Zweck haben die Forschenden zunächst extrazelluläre Vesikel aus menschlichen und Algenzellen hergestellt und untersucht. Anschließend erzeugten sie superparamagnetische Nanopartikel, die außergewöhnlich auf Magnetfelder reagieren und für klinische Einsatzzwecke in der biomedizinischen Bildgebung und in der magnetischen Hyperthermietherapie (eine Möglichkeit, Tumore ohne Operation zu zerstören) erforscht werden. Dann wurde eine spezielle mikrofluidische Vorrichtung entwickelt, um diese Nanopartikel in extrazelluläre Vesikelmembranen einzuhüllen und auf diese Weise hybride Nanovorrichtungen zu erschaffen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erprobten diese neuen Hybridpartikel in Laborexperimenten und an Tieren, um deren Sicherheit und Wirksamkeit zu bewerten.
Nanopartikel mit natürlichen Membranen beschichten
Im Rahmen des Projekts wurden mehrere erfolgreiche Ergebnisse erzielt, darunter die Herstellung von hybriden Nanopartikeln mit einer schützenden biologischen Membran. Dadurch wird nachweislich ihre Toxizität verringert. Es hat sich außerdem erwiesen, dass das mikrofluidische System die Effizienz der Erzeugung dieser Hybridpartikel verbessert. „Wir haben vorgeführt, dass diese Hybride potenziell in der Medizin eingesetzt werden könnten, insbesondere zur Behandlung von Lungenerkrankungen wie etwa Lungenfibrose“, fügt Bergese hinzu. „Wir haben außerdem neue Instrumente zur Untersuchung dieser Nanopartikel gebaut, mit denen die zukünftige Forschungsarbeit einfacher und zuverlässiger wird.“ Das langfristige Ziel besteht nun darin, sicherere und wirksamere Behandlungen für Krankheiten zu realisieren, wobei die Art und Weise verbessert wird, wie die Arzneimittel in den Körper gelangen. „Durch die Beschichtung der Nanopartikel mit natürlichen Membranen können wir für bessere Biokompatibilität sorgen, Nebenwirkungen reduzieren und ihre Fähigkeit optimieren, auf die richtigen Zellen abzuzielen“, erklärt Bergese. „Darüber hinaus könnten die innerhalb dieses Projekts erzielten Fortschritte die Entwicklung besserer Wirkstoffverabreichungssysteme in weiteren Bereichen der Medizin unterstützen.“
Produktionsmaßstab hybrider Nanopartikel erweitern
Um diese Technologie näher an Anwendungen in der Praxis heranzuführen, müssen die Forschenden nun die Erzeugung der hybriden Nanopartikel an geltende Industrienormen anpassen. Außerdem sind weitere Erprobungen erforderlich, um Sicherheit und Wirksamkeit beim Menschen zu gewährleisten. Das Projektteam beabsichtigt, die Zusammenarbeit mit Industriepartnern fortzusetzen, um die Technologie zur Marktreife zu bringen und sie zu guter Letzt zum Wohle der Patientinnen und Patienten einzusetzen. „Dieses Projekt legt den Grundstein für eine neue Art von Nanotechnologie, bei der biogene und synthetische Nanopartikel miteinander verschmelzen“, sagt Bergese. „Der Erfolg dieses Projekts stärkt gleichermaßen die europäische Führungsrolle in der biomedizinischen Forschung, was zu neuen medizinischen Durchbrüchen und wirtschaftlichem Wachstum in der Biotechnologie führen kann.“
Schlüsselbegriffe
BOW, Nanopartikel, Nanomedizin, Membran, extrazellulär, Vesikel, Biotechnologie
