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Medizin: Nanomaschinen gehen den nächsten Schritt

Winzige Transporter, die in unserem Körper gezielt Medikamente an ihren Wirkungsort bringen - dieser Vision sind Wissenschaftler jetzt ein entscheidendes Stück näher gekommen.
Ausschnitt aus dem DNA-MolekülLaden...

Forscher um Chris Le von der University of Alberta in Kanada testen ein raffiniertes Verfahren, um Medikamente in Zellen zu transportieren. Die Idee der Forscher: Einzelne Wirkstoffmoleküle sollten an ein winziges Transportvehikel geheftet werden – mitsamt der passenden enzymatischen Schere, die die Verbindung abschneidet, sobald das Vehikel in der kranken Zelle gelandet ist. Statt eines Medikaments könnte auf diese Weise auch ein Molekül freigesetzt werden, das geschädigte Zellen markiert und so die frühzeitige Diagnose von Krankheiten ermöglicht.

Für ihre Experimente bauten die Wissenschaftler winzige molekulare Maschinen aus so genannten DNAzymen, die ähnlich wirken wie natürlich vorkommende Enzyme, die aus Aminosäure- oder RNA-Bausteinen bestehen. Diese DNAzyme sind in der Lage, eine bestimmte Art von Molekülen zu spalten. Die Wissenschaftler befestigten die Enzyme zusammen mit Hunderten dieser Moleküle auf der Oberfläche von Goldnanopartikeln. Damit die Reaktion nicht unkontrolliert ablief, blockierten sie das aktive Zentrum der Enzyme.

Durch die geringe Größe der Nanomaschinen konnten die Zellen sie ohne weitere Hilfsmittel aufnehmen. Aktiviert wurden die DNAzyme nur in Brustkrebszellen, die eine spezielle microRNA produzierten, welche in besonders aggressiven Tumoren vorkommt. Diese microRNA konnte nämlich durch Bindung an eine Erkennungssequenz die Blockierung der Enzyme aufheben. Um zu überprüfen, ob sich die Nanomaschine in den Zellen auch wirklich in Gang setzten, hatten die Wissenschaftler noch einen weiteren Clou eingebaut: Die Substrate emittierten Fluoreszenzlicht, sobald sie abgespalten wurden. Dadurch konnte die Reaktion in Echtzeit unter dem Mikroskop beobachtet werden. Pro Minute spalteten die DNAzyme etwa ein Substratmolekül, laut den Autoren eine hohe Geschwindigkeit für diese Art von molekularen Katalysatoren.

Mit ihrer Entwicklung schlagen die Forscher drei Fliegen mit einer Klappe. Durch die gemeinsame Kopplung aller Komponenten an einen Nanopartikel nehmen die Zellen sie leicht und im richtigen Mengenverhältnis auf. Mit Hilfe der Erkennungssequenz kann die molekulare Maschine gezielt aktiviert werden, und sie funktioniert außerdem ohne Energiezufuhr von außen. Im nächsten Schritt können nun verschiedene Arzneistoffe getestet werden. Die Aktivierung der Wirkstofffreisetzung kann hierbei neben microRNA auch durch andere kleine Moleküle oder Proteine getriggert werden.

10/2017

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 10/2017

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