Mit Nano-Fähren ins Gehirn

Mit Nano-Fähren ins Gehirn

Forscher der Universität Heidelberg verbessern Trägersysteme für Wirkstoffe auf Nano-Basis, mit denen sich die Blut-Hirn-Schranke überwinden lässt. In einem dreijährigen Forschungsprojekt sollen so neue Ansätze für die Behandlung etwa von Alzheimer oder Hirntumoren gefunden werden.

Von Volker Budinger

Die Blut-Hirn-Schranke, die der Mensch mit allen Landwirbeltieren gemein hat, trennt den Blutkreislauf und das zentrale Nervensystem effizient voneinander. Nur wenige Nährstoffe können die von den Zellen der Gefäßwände gebildete Schranke überwinden – Krankheitserreger und Toxine, allerdings auch pharmazeutische Wirkstoffe bleiben zumeist davor. Forscher der Universität Heidelberg (https://www.uni-heidelberg.de ) arbeiten nun in einem für drei Jahre von der Else Kröner-Fresenius-Stiftung (www.ekfs.de/ ) mit rund 560.000 Euro geförderten Projekt an neuen Wegen, diese Schranke für Wirkstoffe passierbar zu machen.

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„Wir arbeiten dabei mit Nanopartikeln aus Poly-Alkyl-Cyanoacrylat und mit Poly-Milchsäure-Glycolsäure-Nanopartikeln“, erklärt Fricker, Direktor der Abteilung Pharmazeutische Technologie und Pharmakologie des IPMB (http://www.ipmb.uni-heidelberg.de/phazt/abteilung/ ). Über einen rezeptorvermittelten Transport werden diese Polymer-Nanopartikel durch die Blut-Hirn-Schranke transportiert und im Gehirn durch Enzyme abgebaut. Diese Trägermoleküle können bereits gut mit Wirkstoffen von geringer Molekülmasse beladen werden, so dass im zentralen Nervensystem therapeutisch notwendige Konzentrationen erreicht werden, sagt Fricker. „In Moskau läuft seit vergangenem Juli bereits eine Patientenstudie, in der Glioblastompatienten mit Nanopartikeln behandelt werden, die mit dem Zytostatikum Doxorubicin beladen sind“, erklärt Fricker. Dabei habe es bislang keine partikelassoziierten Nebenwirkungen gegeben, sagt er.

In dem neuen Forschungsprojekt gehen die Wissenschaftler nun einen Schritt weiter. „Wir haben bisher gute Erfahrungen mit niedermolekularen Wirkstoffen gemacht und sammeln jetzt Erfahrungen mit Biologics“, sagt Fricker. Unter Biologics oder Biologicals werden biologische Makromoleküle wie Proteine, DNA oder RNA verstanden.

Diese Moleküle seien für die Behandlung aggressiver Hirntumore oder neurodegenerativer Erkrankungen wie Alzheimer allerdings von besonderem Interesse, sagt Fricker.

RNA und Peptide sollen eingeschleust werden können

In ersten Versuchen mit einem Modellantikörper, den man in die Partikel eingebaut habe, habe man nach dem Abbau des Partikels noch rund 60 Prozent der Bindungsaffinität des Antikörpers nachweisen können. Das nun geförderte Forschungsvorhaben startet im April 2016 und soll zum einen einen Ansatz zur Therapie von Gehirntumoren weiterführen. Die Biologicals, die dazu an die Nanopartikel gebunden werden sollen, sind in dem Fall sogenannte siRNAs, small interfering RNAs. Diese Biomoleküle greifen spezifisch in die Proteinbiosynthese ein. Das Forscherteam um Professor Olivia Merkel (https://sites.google.com/site/merkellab/ ) von der Wayne State University Detroit stellt dazu siRNAs zur Verfügung, die die Expression bestimmter Gene von Gehirntumoren unterbinden sollen.

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Versuche in Zellkultur und am Tiermodell

In den Versuchen sollen zunächst die notwendigen Charakteristika der Nanopartikel für den Transport dieser makromolekularen Wirkstoffe, was etwa Größe und Ladung betrifft, dargestellt werden. Weitere Versuche sollen dann mit Zellkulturen sowie im Tiermodell an Ratten stattfinden.

„Das Potenzial für diese Wirkstoff-Fähren ist sehr groß“, sagt Fricker. Die Pharmaindustrie habe ein großes Interesse daran. Entsprechend fördert die gemeinnützige Else Kröner-Fresenius-Stiftung das Vorhaben als ein Schlüsselprojekt. Das sind bei der Stiftung solche, die das Potenzial aufweisen, grundlegende und für ein ganzes Forschungsgebiet richtungsweisende Entdeckungen zu ermöglichen.

Viele Anwendungsgebiete denkbar

Weitere zukünftige Anwendungsmöglichkeiten für die Nano-Wirkstoff-Fähren sieht Fricker etwa bei lysosomalen Speicherkrankheiten, eine Gruppe erblicher Erkrankungen, bei denen bestimmte Proteine in defekter Form vorliegen. Die Krankheiten, die dabei das zentrale Nervensystem betreffen, können derzeit durch die Beschränkung der Blut-Hirn-Schranke nicht durch Gabe des fehlenden Proteins behandelt werden. Theoretisch seien die Wirkstoff-Fähren darüber hinaus interessant bei der Behandlung jeder Krankheit, bei der ein nichtpermeabler Wirkstoff ins Gehirn eingebracht werden müsse, sagt Fricker.

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Text: Volker Budinger
Fotos: Bildagentur Zoonar