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Nanopartikel: Per Propellerantrieb ins Gewebe

Tumorzellen ansteuern und bekämpfen - diesen Plan verfolgen Forscher auch mit Nanopartikeln. Ein Propellerwirbel soll das noch effizienter erledigen.
Nanoteilchen im GewebeLaden...

Will man einen Tumor gezielt bekämpfen, müssen die Krebsmedikamente zunächst einmal zum Einsatzort gelangen. Bevor sie dort ankommen, werden viele Wirkstoffe jedoch bereits abgebaut. Oder sie steuern nicht nur Tumor-, sondern auch gesunde Körperzellen an. In beiden Fällen sollen Nanopartikel helfen: Sie sind in unserem Blutkreislauf recht stabil und können so designt werden, dass sie speziell an Tumorzellen andocken. Angekoppelte Medikamente benutzen solche Partikel dann als »Wirkstofftaxi«. Allerdings hat auch diese Methode ihre Schwachstellen. Zum Beispiel tun sich die Nanopartikel schwer damit, unsere Gefäßwände zu passieren – um so die transportierten Wirkstoffe vom Blut ins Gewebe zu schleusen. Daran hat nun ein internationales Forscherteam um Sangeeta Bhatia vom Massachusetts Institute of Technology gearbeitet: In der Fachzeitschrift »Science Advances« stellt das Team einen Propeller vor, der die Nanopartikel quasi ins Gewebe wirbeln soll. Ganz ähnlich könnten sich auch Schwärme von magnetischen Bakterien auswirken: Der Schlag ihrer Geißeln sorgt für einen Sog, der die Nanopartikel per Knopfdruck durch die Wand eines künstlichen Gefäßes drücken kann.

Beide Ansätze funktionieren bereits im Labor der Wissenschaftler – in einem Modell, das menschliche Gefäße und Gewebe nachbildet. Hier haben Bhatia und seine Kollegen die Wanderung von Nanopartikeln mit einem von außen angelegten Magnetfeld unterstützt. Dieses trieb zunächst einen spiralförmigen Miniroboter an, welcher den Flagellen nachgeahmt ist, die Bakterien typischerweise zur Fortbewegung einsetzen. Im Magnetfeld drehte sich der per 3-D-Druck generierte Miniroboter wie ein Propeller und sorgte für einen Konvektionsfluss, der Nanopartikel im künstlichen Blutgefäß durch eine Gefäßwand drücken konnte. Ähnlich verhielt es sich, wenn das Team statt des magnetischen Roboters Bakterien verwendete, die Eisenoxidpartikel herstellen und daher selbst magnetisch sind. Legten die Forscher hier ein rotierendes Magnetfeld an, so riss die flagellenbedingte Bewegung der Bakterien die Nanopartikel mit, und sie gelangten schneller in die Gewebeschicht.

Wie und wo die Rotationsroboter von den Ausmaßen einer menschlichen Zelle ohne größere Nebenwirkungen in Patienten eingepflanzt werden könnten, muss nun noch gründlich untersucht werden. Im Ernstfall dürfen Nanopartikel nur kontrolliert und gezielt ins Gewebe eindringen und dort einen Wirkstoff abgeben – wozu der Roboter exakt platziert werden muss, um am gewünschten Ort ein Magnetfeld anzulegen und den Prozess einzuleiten. Insgesamt eignen sich magnetische Bakterienschwärme für eine Anwendung in der Krebstherapie womöglich besser als die zunächst getesteten Roboter, spekulieren die Forscher: Sie können sich – im Gegensatz zu dem Roboter, der konstant an einem Punkt rotiert – gezielter fortbewegen. Die Wissenschaftler beobachteten in ihren Modellversuchen, dass beim Anlegen des Magnetfelds nicht nur Nanopartikel, sondern auch die Motorbakterien selbst in die Matrix einwanderten. Bhatias Team denkt aus diesem Grund darüber nach, ob man ungefährliche Bakterien aus dem Blutkreislauf per Magnet ins Tumorgewebe locken könnte und gleichzeitig – dank ihrer mitreißenden Propellerbewegung – die wirkstoffbeladenen Nanopartikel. Das Team möchte daher nun beide Ansätze weiterverfolgen und Vor- und Nachteile in Tiermodellen untersuchen.

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