In den vergangenen zwanzig Jahren haben Nanopartikel in der Medizin eine immer größere Rolle übernommen. Sie kommen in Medikamenten zum Einsatz, z.B. bei Erkrankungen wie Parkinson oder Alzheimer. Bereits im Jahr 2006 gab es über 100 Medikamente mit Nanoanteilen auf dem Markt. Außerdem werden medizinische Geräte in der Bekämpfung von Bakterien vor allem in Krankenhäusern nanobeschichtet. Nanopartikel kommen außerdem in der Diagnostik, bei Therapien und Implantaten vor.

In der Medizin werden für die Zukunft große Erwartungen in die Nanotechnologie gesetzt, aber es stellen sich den Medizinern auch ethische Fragen. Könnte die Möglichkeit, die menschlichen Fähigkeiten mittels Nanotechnologie zu verbessern, dazu führen, dass die Toleranzgrenze für geistige und körperliche Beeinträchtigungen sinkt? Könnte der ungleichmäßige Zugang zur Nanotechnologie endgültig zu der sogenannten „2-Klassen-Medizin“ führen?

Letztere Frage stellt sich insbesondere, wenn man die jüngsten Untersuchungen von Forschern der Universität Genf (UNIGE), dem Nationalen Forschungsschwerpunkt „Bio-inspirierte Materialien“ und der Swansea University Medical School in Grossbritannie betrachtet. Die Wissenschaftler untersuchten die Auswirkungen von Goldnanopartikeln auf die Immunzellen im Zusammenhang mit der Antikörperproduktion. Dadurch wollen sie den Weg für effektivere Impfstoffe und Therapien bereiten.

Goldnanopartikel

B-Lymphozyten (blau und grün) und Goldnanopartikel (rot) gemessen mit Dunkelfeld-Hyperspektralbildgebung in Verbindung mit Fluoreszenznachweis © UNIGE

Besser verträgliche Therapien

Die Mediziner untersuchten im Rahmen ihrer Studie verschiedenste Goldnanopartikel und gewannen so erste Erkenntnisse über die Wirkung der Partikel auf die B-Lymphozytendie. Sie sind im menschlichen Körper für die Antikörperproduktion verantwortlich. Die Forscher gehen davon aus, dass die Nanopartikel sowohl die Wirkung von Medikamenten verbessern als auch deren Nebenwirkungen vermindern können. Dadurch könnte man, insbesondere im Bereich der Onkologie, auf Dauer besser verträgliche Therapien entwickeln. „Die entwickelte Methodik ermöglicht es auch, die Biokompatibilität von Nanopartikeln bereits in einem frühen Stadium der Entwicklung eines neuen Nanodrugs zu testen“, erklären die Forscher.

Als Produzent von Antikörpern sind die B-Lymphozyten ein wichtiger Teil des menschlichen Immunsystems. Aus diesem Grund sind sie auch essentiell für die Entwicklung von Impfstoffen. Impfstoffe müssen nämlich B-Lymphozyten schnell und zerstörungsfrei erreichen, was den Einsatz von Nanopartikeln besonders interessant macht.

„Nanopartikel können einen Schutzträger für Impfstoffe – oder andere Medikamente – bilden, um sie gezielt dort abzugeben, wo sie am wirksamsten sind, und gleichzeitig andere Zellen zu schonen“, erklärt Carole Bourquin, Professorin an den Medizinisch-Wissenschaftlichen Fakultäten der UNIGE, die diese Studie mit leitete. „Dieses Targeting ermöglicht auch die Verwendung einer geringeren Dosis an Immunstimulatoren bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer effektiven Immunantwort. Es erhöht seine Wirksamkeit bei gleichzeitiger Reduzierung von Nebenwirkungen, vorausgesetzt, die Nanopartikel sind für alle Immunzellen unbedenklich.“ Ähnliche Studien seien bereits für andere Immunzellen durchgeführt worden, aber noch nie zuvor für die kleineren und schwieriger zu handhabenden B-Lymphozyten, betonen die Forscher.

Gold als ideales Material

Gold ist für die Nanomedizin ideal. Es ist für den Körper gut verträglich, leicht formbar und kann außerdem Licht absorbieren und dann Wärme abgeben. Diese Eigenschaft ist besonders in der Onkologie von Vorteil. „Goldnanopartikel können zur Behandlung von Tumoren eingesetzt werden. Bei der Exposition gegenüber einer Lichtquelle geben die Nanopartikel Wärme ab und zerstören benachbarte Krebszellen. Wir könnten auch ein Medikament an der Oberfläche der Nanopartikel anbringen, das an einen bestimmten Ort geliefert werden soll“, erklärt die UNIGE-Forscherin Sandra Hočevar. „Um ihre Sicherheit und die beste Formel für den medizinischen Gebrauch zu testen, haben wir Goldkugeln mit oder ohne Polymerbeschichtung sowie Goldstäbe entwickelt, um die Wirkung von Beschichtung und Form zu untersuchen. Dann haben wir unseren Partikeln 24 Stunden lang menschliche B-Lymphozyten ausgesetzt, um die Aktivierung der Immunantwort zu untersuchen.“

Die Wissenschaftler konnten bei ihrer Untersuchung mit Hilfe von Aktivierungsmarkern, die auf der Oberfläche von B-Zellen angebracht wurden, bestimmen, wie sehr die Nanopartikel die Immunantwort aktiviert oder gehemmt haben. Je nach Form und dem Vorhandensein oder Abwesenheit einer oberflächlichen Polymerbeschchtung gab war der Einfluss auf die Immunantwort der Nanopartikel unterschiedlich.

Goldnanopartikel

© Pixabay

„Oberflächeneigenschaften sowie die Morphologie der Nanopartikel sind definitiv wichtig, wenn es um die Interaktion zwischen Nanopartikel und Zelle geht“, sagt Martin Clift, Associate Professor of Nanotoxicology and In Vitro Systems an der Swansea University Medical School und Co-Leiter des Projekts. „Interessanterweise haben die goldenen Nanostäbchen die Immunantwort gehemmt, anstatt sie zu aktivieren, wahrscheinlich durch Interferenzen an der Zellmembran oder weil sie schwerer sind.“ Unerwünschte Nebenwirkungen hatte aber keines der getesteten Nanopartikel.

Erste Studien an Hirntumorpatienten

Unbeschichtete, kugelförmige Partikel würden sich für die biomedizinische Anwendung nicht eignen, da sie sich leicht zusammenballen würden, betonen die Forscher. Andererseits seien mit einem Schutzpolymer beschichtete Goldkugeln stabil und würden die B-Lymphozytenfunktion nicht beeinträchtigen. (B-Zellen sind das Herzstück der Impfstoffreaktion, aber auch in anderen Bereichen wie Onkologie und Autoimmunerkrankungen.) „Und wir können den Impfstoff oder das Medikament, das an die B-Lymphozyten abgegeben werden soll, leicht in dieser Beschichtung platzieren“, sagt Carole Bourquin. „Darüber hinaus hat unsere Studie eine Methodik zur Beurteilung der Sicherheit von Nanopartikeln an B-Lymphozyten entwickelt, die noch nie zuvor durchgeführt wurde. Das könnte für die zukünftige Forschung besonders nützlich sein, da der Einsatz von Nanopartikeln in der Medizin noch klare Richtlinien erfordert.“

Aktuell gibt es erste Studien an Hirntumorpatienten. Goldnanopartikel können dazu klein genug gemacht werden, um die Blut-Hirn-Schranke zu überwinden, so dass spezifische Antitumormittel direkt in die Krebszellen abgegeben werden können.

Das Forscherteam hat die Ergebnisse seiner Studie in der Zeitschrift ACS Nano veröffentlicht.

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