Wie kann ein Medikament genau dorthin kommen, wo es benötigt wird? Einem Team der Universität Genf und der LMU ist es nun gelungen, ein vollständig biologisch abbaubares Nanopartikel zu entwickeln, das in der Lage ist, ein neues entzündungshemmendes Medikament direkt in Makrophagen - die Zellen, in denen unkontrollierte Entzündungsreaktionen ausgelöst werden - einzuschleusen und so seine gute Wirksamkeit zu gewährleisten. Darüber hinaus verwendeten die Wissenschaftler eine In-vitro-Screening-Methode, so dass keine Tierversuche erforderlich waren. Diese Ergebnisse könnten den Weg zu einer gezielten und hochwirksamen entzündungshemmenden Therapie ebnen.
Entzündungen sind eine wichtige physiologische Reaktion des Körpers, um sich gegen Krankheitserreger wie Bakterien zu wehren. Sie kann problematisch werden, wenn sie zu einem chronischen Zustand wird, wie z. B. bei Krebserkrankungen, Autoimmunerkrankungen oder bestimmten viralen Infektionen. Es gibt bereits zahlreiche Behandlungsmöglichkeiten, doch ihre Wirkung ist oft nicht sehr zielgerichtet, es sind hohe Dosen erforderlich und es treten häufig schädliche Nebenwirkungen auf. Makrophagen, große Immunzellen, deren natürliche Funktion darin besteht, Krankheitserreger aufzunehmen und Entzündungen auszulösen, um sie zu zerstören, sind häufig an Entzündungskrankheiten beteiligt. Wenn sie überaktiviert werden, lösen sie eine übermäßige Entzündungsreaktion aus, die sich gegen den Körper wendet, anstatt ihn zu schützen.
Die Strategie, einen Wirkstoff in Nanopartikel zu verkapseln, um ihn zu schützen, bis er seinen Wirkort erreicht, ist ein immer häufiger untersuchtes Forschungsthema. Dies erfordert jedoch, dass für jedes Medikament das passende Nanopartikel anhand einer Reihe von Parametern präzise ermittelt wird.
Necrosulfonamid (NSA) ist ein neues Molekül, das die Freisetzung mehrerer wichtiger entzündungsfördernder Mediatoren hemmt und somit einen vielversprechenden Fortschritt bei der Bekämpfung bestimmter Arten von Entzündungen darstellt. Da es jedoch von Natur aus extrem hydrophob ist, kann es sich im Blutkreislauf nur schlecht fortbewegen und viele Zelltypen angreifen, was potenziell toxische Wirkungen auslösen kann.
Deshalb ist dieses Molekül noch nicht als Medikament verfügbar", sagt Gaby Palmer, Professorin am Fachbereich Medizin und am Genfer Zentrum für Entzündungsforschung an der medizinischen Fakultät der UNIGE, die die Studie mit geleitet hat. Die Verwendung eines Nanopartikels als Transportgefäß würde diese Unzulänglichkeiten umgehen, indem das Medikament direkt in die Makrophagen gebracht wird, um die entzündliche Überaktivierung dort zu bekämpfen, wo sie beginnt."
Drei Nanopartikel unter dem Mikroskop
Die Wissenschaftler testeten verschiedene poröse Nanopartikel, wobei die Hauptkriterien eine Verringerung der Toxizität und der erforderlichen Dosierung sowie die Fähigkeit waren, das Medikament erst dann freizusetzen, wenn der Nanopartikel das Innere der Makrophagen erreicht hat. "Wir haben eine In-vitro-Screening-Technologie verwendet, die wir vor einigen Jahren an menschlichen und Mäusezellen entwickelt haben. Das spart Zeit und macht den Einsatz von Tiermodellen überflüssig'', erklärt Carole Bourquin, Professorin an den Fakultäten für Naturwissenschaften (Institut für Pharmazeutische Wissenschaften der Westschweiz) und Medizin (Abteilung für Anästhesiologie, Pharmakologie, Intensivpflege und Notfälle, Translationales Forschungszentrum für Onkohämatologie, Genfer Zentrum für Entzündungsforschung) der UNIGE, die diese Arbeit mit geleitet hat.
Der poröse Siliziumdioxid-Nanopartikel erfüllte schließlich alle Kriterien: Er war vollständig biologisch abbaubar, hatte die richtige Größe, um von Makrophagen verschluckt zu werden, und konnte das Medikament in seinen zahlreichen Poren aufnehmen, ohne es zu früh freizusetzen.
Andere von dem deutsch-schweizerischen Team entwickelte Nanoschwämme aus Siliziumdioxid hatten ihre Wirksamkeit beim Transport von Antitumor-Medikamenten bereits unter Beweis gestellt. Hier tragen sie ein ganz anderes Medikament, das das Immunsystem hemmt", sagt Carole Bourquin. ''Mesoporöses Siliziumdioxid erweist sich zunehmend als Nanopartikel der Wahl im pharmazeutischen Bereich, da es sehr wirksam, stabil und ungiftig ist. Allerdings erfordert jedes Medikament einen maßgeschneiderten Träger: Form, Größe, Zusammensetzung und Bestimmung der Partikel müssen jedes Mal neu bestimmt werden.
Die Kombination dieses starken entzündungshemmenden Medikaments mit diesen Nanopartikeln aus mesoporösem Siliziumdioxid zeigt einen vielversprechenden Ansatz, der von dem Team weiter untersucht wird.