Bunte Nanoguides zur Leber

Forscherteam stellt hochspezifische Nanopartikel her

Jenaer Wissenschaftlern ist die Herstellung hochspezifischer Nanopartikel gelungen, die ihre Wirkstoffladung in Abhängigkeit wegweisender Farbstoffe zielgerichtet zu Leber- oder Nierengewebe transportieren. Die Farbstoffmarkierung ermöglicht zudem die Überwachung des Transports durch Intravitalmikroskopie oder nicht-invasiv durch multispektrale optoakustische Tomographie. Als Funktionsnachweis des Prinzips diente die durch siRNA vermittelte Drosselung der Cholesterinproduktion, wie die Wissenschaftler aktuell im Fachjournal „Nature Communications“ berichten.

Nanopartikel
Jenaer Wissenschaftlern gelang die Herstellung hochspezifischer Nanopartikel, die ihre Wirkstoffladung in Abhängigkeit wegweisender Farbstoffe zielgerichtet zu Leber- oder Nierengewebe transportieren. (Bild: Jan-Peter Kasper / FSU Jena)

Sie sind ein Hoffnungsträger für zielgerichtete Therapieansätze: Die sogenannten small interfering RNA-Moleküle: siRNA. Diese können spezifische Gene stumm schalten, indem sie verhindern, dass die darauf codierten Proteine produziert werden. Dazu muss das genetische Material aber in die Zielzellen gebracht werden, um dort und nur dort zu wirken und nicht einfach wieder ausgeschieden zu werden oder, schlimmer noch, gesundes Gewebe zu schädigen. Und das macht die Handhabung von siRNA extrem schwierig. Mediziner und Chemiker aus Jena, München und den USA ist es jetzt gelungen, Nanotransporter für das genetische Material herzustellen, die ihren Weg zielgerichtet und effizient zu einem ausgewählten Zelltyp finden und dort den Wirkstoff freisetzen.

Farbstoffe sind Adressaufkleber und Trackingnummer in einem
Die auf Polymeren basierenden Partikel sind mit Nahinfrarot-Fluoreszenzfarbstoffen markiert und mit siRNA beladen. Die Farbstoffe wirken für die Partikel wie Adressaufkleber und Trackingnummer in einem. „In Abhängigkeit von der chemischen Struktur der Farbstoffe wurden die Partikel entweder über das Nierengewebe oder über Zellen der Leber aus dem Blut gefiltert. Gleichzeitig ließ sich dieser Weg anhand der Farbstoffe durch optische Verfahren leicht nachverfolgen“, beschreibt Intensivmediziner Prof. Dr. Michael Bauer die Funktionsweise. Seine Arbeitsgruppe im vom Bundesforschungsministerium geförderten Zentrum für Sepsis und Sepsisfolgen (CSCC) am Universitätsklinikum Jena konnte zudem zeigen, dass der Farbstoff spezifisch von einem Zelltransporter der Leberepithelzellen aufgenommen und in die Zellen geschleust wird.

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Werkzeugkasten für die Nanomedizin
So wird die Wirkstoffladung siRNA exklusiv nur in den Zielzellen freigesetzt. Entworfen und hergestellt wurden die spezifischen Farbnanocontainer in den Laboren des Jena Center for Soft Matter (JCSM) der Friedrich-Schiller-Universität Jena. „Dieses Prinzip kann als eine Art ,Werkzeugkasten‘ für eine Vielzahl unterschiedlicher siRNA-Nanotransporter angesehen werden, welche das gezielte Ausschalten spezifischer Proteinbiosynthesen in unterschiedlichen Zelltypen gewährleisten können“, ist sich der Sprecher des Zentrums, Prof. Dr. Ulrich S. Schubert, sicher.

Partikelträger
Schematische Darstellung eines Nanopartikels mit Wirkstoffbeladung im Inneren (lila) und spezifischen Farbmarkierungen auf der Partikeloberfläche (blaue Punkte). (Quelle: JCSM / SmartDyeLivery GmbH)

Mit der Möglichkeit, die Spezifität der unbeladenen Partikel vorab zu testen und dann gezielt krankheitsassoziierte Gene auszuschalten, bietet das Prinzip neue Ansätze zur personalisierten Therapie verschiedener Krankheitsbilder. In der neugegründeten SmartDyeLivery GmbH wollen die Jenaer Wissenschaftler die Technologie weiterentwickeln, um möglichst bald damit auch zur klinischen Anwendung zu kommen, insbesondere bei akuten septischen Infektionen.

In ihrer jetzt im Fachjournal Nature Communications erschienenen Arbeit verdeutlichen die Jenaer Nanomedizin-Forscher die Arbeitsweise ihres Werkzeugkastens am Beispiel der Cholesterinproduktion: Sie beluden die Farbstoff-geleiteten Nanopartikel mit siRNA-Molekülen, die in die Cholesterin-Produktion in Hepatozyten eingreifen, und konnten damit im Tiermodell eine deutliche Senkung des Cholesterinspiegels im Blut erreichen.

Originalpublikation:
A. T. Press, A. Traeger, C. Pietsch, A. Mosig, M. Wagner, M. G. Clemens, N. Jbeily, N. Koch, M. Gottschaldt, N. Bézière, V. Ermolayev, V. Ntziachristos, J. Popp, M. Kessels, B. Qualmann, U. S. Schubert, M. Bauer: “Cell type-specific delivery of short interfering RNAs by dye-functionalized “theranostic” nanoparticles", Nat. Commun. 2014, DOI: 10.1038/ncomms6565.

Kontakt:
Prof. Dr. Michael Bauer
Center for Sepsis Control and Care (CSCC), Universitätsklinikum Jena
E-Mail: Michael.Bauer@med.uni-jena.de

Prof. Dr. Ulrich S. Schubert
Jena Center for Soft Matter (JCSM), Friedrich-Schiller-Universität Jena
E-Mail: Ulrich.Schubert@uni-jena.de

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