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Design-Optimierung von Nanotherapeutika: Krebszell-spezifische „Adressierung“ von Wirkstoffen erhöht Effizienz in der experimentellen Tumortherapie

Bildgebende Darstellung der Freisetzung von Inhaltsstoffen aus Nanoträgern in Tumoren auf der CAM: Während 24 Stunden nach Verabreichung eine Anreicherung der grün markierten Träger im Tumor erfolgt (linkes Bild), ist 72 Stunden nach Verabreichung eine quantitative Freisetzung der rot fluoreszierenden Modellsubstanz (rechtes Bild) erkennbar. Zellkerne sind jeweils blau eingefärbt.

Viele Substanzen weisen eine hohe Wirksamkeit gegen Krebszellen auf, können jedoch aufgrund unerwünschter Nebenwirkungen oder aufgrund fehlender Stabilität im Organismus nicht in der Tumortherapie eingesetzt werden. Die Verpackung solcher Substanzen in kleinste Nanoträger erlaubt theoretisch einen Schutz der Wirkstoffe gegen biochemische Einflüsse im Körper, sowie eine gezielte Adressierung des Wirkstoffes an den Tumor.

In einer Pilotstudie konnten Wissenschaftler des ILM und der Universität Ulm (Institut für anorganische Chemie II, Institut für Naturheilkunde und klinische Pharmakologie) in internationaler Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der Universität Turku (Finnland) nun zeigen, dass Therapeutika-befüllte Nanoträger aus mesoporösem Siliziumoxid, deren Oberflächen mit Folsäure-Molekülen bestückt wurden, in Tumoren mit Folsäure-Rezeptormolekülen eine verstärkte Wirkung aufweisen. Tumore, denen der Folsäure-Rezeptor fehlt, wurden durch die mittels Folsäure adressierten Therapeutika hingegen deutlich weniger effizient im Wachstum gehindert. Die Wissenschaftler nutzten für ihre Studien Transplantate humaner Brustkrebs- und Prostatakrebs-Zelllinien auf der Chorioallantoismembran des befruchteten Hühnereis (CAM-Modell), einem vergleichsweise einfachen und kostengünstigen Tierversuchs-Ersatzmodell, das jedoch im Vergleich zum üblicherweise genutzten Mausmodell für diesen Zweck eine vielversprechende Alternative mit weitgehend äquivalenter Aussagekraft darstellt. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass neben der passiven Anreicherung (sog. Enhanced Permeability and Retention [EPR]-Effekt), die für Nanoträger bestimmter Größe aufgrund der besonderen physiologischen Gegebenheiten im Tumor stattfindet, auch eine spezifische Nanoträger-Tumorzell-Interaktion (sog. sekundäres Targeting) relevant für den therapeutischen Erfolg ist.

Die gegenwärtig raschen Fortschritte in Tumorgenomik und Nanotechnologie könnten in Zukunft eine systematische Herstellung maßgeschneiderter Nanoträger für eine individualisierte Krebstherapie ermöglichen, wenn gleichzeitig leistungsfähige Hochdurchsatz-Analyseverfahren für eine Optimierung ihrer Spezifität und Funktionalität entwickelt werden. Die Autoren sind zuversichtlich, dass das in der vorliegenden Studie verwendete CAM-Modell ein essentieller Baustein einer solchen Evaluierungskette sein kann. In zukünftigen Arbeiten sollen komplexere Bibliotheken von Nanoträgern unter Verwendung von Tumorzelllinien mit regulierbarer Expression tumorspezifischer Rezeptoren in vitro vorselektiert und anschließend im CAM-Modell evaluiert werden. Neben einer gezielten Optimierung der Nanoträger, die dann mit individuell wirksamen Therapeutika befüllt werden können, erhoffen sich die Partner durch die Verwendung weitgehend standardisierter Testsysteme zusätzlich eine signifikante Reduktion der Tierexperimente, die im Vorfeld klinischer Studien erforderlich sind.

Die Ergebnisse der Gemeinschaftsstudie wurden in der Fachzeitschrift Nanomedicine (London) veröffentlicht (Hier klicken, um externen Link in neuem Fenster zu öffnenhttp://dx.doi.org/10.2217/nnm.13.62).