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entdeckt 01/2014 - Nanoreaktoren für „intelligente“ Chemotherapie

TITEL// Das Forschungsmagazin aus dem HZDR WWW.Hzdr.DE 30 31 Kontakt _Institut für Ressourcenökologie am HZDR Prof. Karim Fahmy (KF) k.fahmy@hzdr.de Gisela Gabernet Garriga (GG) g.gabernet-garriga@hzdr.de _Interview . Christian Döring Nanoreaktoren für „intelligente“ Chemotherapie Seit einigen Jahren messen sich Dresdner Masterstudenten an der Harvard Universität (USA) beim „Biomod“ – einem Wettbe- werb für biomolekulares Design. 2013 erreichte die Masteran- din Gisela Gabernet Garriga mit ihrer Gruppe „Nanormous“ den zweiten Platz. Sie forscht am HZDR in der Abteilung von Karim Fahmy, der im Juli als Honorarprofessor für „Structural Dynamics of Biomolecules“ an die TU Dresden berufen wurde. Frau Gabernet Garriga, Sie studieren am Biotechno- logischen Zentrum der TU Dresden (Biotec) und schrei- ben Ihre Masterarbeit am HZDR. Was motivierte Sie, am „Biomod“-Wettbewerb teilzu- nehmen? _GG: Wir hatten damals vom großen Erfolg des Biotec-Teams „Nanosaurs“ gehört: Sie erreichten 2012 in Harvard den zweiten Platz. Davon angespornt, fanden wir uns in einer Gruppe von elf internationalen Masteranden zusammen und stellten als „Nanormous“ ein eigenes Projekt auf die Beine. 2013 konnten wir damit Platz zwei in der Gesamtwertung verteidigen und wurden sogar für das beste YouTube-Video ausgezeichnet. Die Teilnahme Dresdner Masterstudenten hat sich seither als Tradition etabliert: In diesem Jahr tritt das Team „DNAmic“ in Harvard an. _KF: Der Wettbewerb ist eine Art Katalysator für die wis- senschaftliche Zusammenarbeit in Dresden. Solche Studen- ten sind es, die das volle Potential von DRESDEN-concept ausschöpfen und gewissermaßen den Klebstoff bilden, der all die Dresdner Forschungsinstitute zusammenhält. Diese aktive Kooperation für den Biomod-Wettbewerb brachte Gisela auch ans HZDR: Um Nanoreaktoren designen zu können, wollte sie mit ihrer Gruppe die Infrastruktur vor Ort nutzen. Um was handelt es sich bei diesen Nanoreaktoren? _GG: Das sind hohle Kügelchen mit einem Durchmesser von rund 200 Nanometern, die zum Stofftransport in lebenden Organismen eingesetzt werden könnten. Die winzigen Kugeln werden auch Polymerosome genannt und formen sich durch Selbstorganisation aus zugleich wasser- und fettliebenden Molekülen. Damit auch Stoffe durch deren Wände wandern können, haben wir per DNA-Origami einige Kanäle eingebaut. Diese lassen zwar kleine organische Moleküle wie Arznei- mittel durch, verhindern aber, dass größere Moleküle wie Proteine passieren können. So werden beispielsweise Enzyme im Inneren der Kugeln gehalten. DNA-Origami? Was genau ist das? _KF: Es werden kurze DNA-Sequenzen erzeugt, die in der Lage sind, einen deutlich längeren DNA-Strang in beliebige zwei- und dreidimensionale Formen zu falten. DNA-Moleküle dienen somit als Grundgerüst oder Baumaterial im Nanobereich. Eine solche Technik spielt auch beim Projekt des Teams „DNAmic“ eine wichtige Rolle: Für ihre „Plasmonic Waveguides“ nutzt die Gruppe ebenfalls selbstorganisierende Prozesse, um Licht mit Hilfe von Gold und DNA zu leiten. _GG: Ich kam zum HZDR, weil hier schon länger DNA- Origamis erforscht werden. Das eigentliche Design und die Beschreibung der DNA-Origami-Kanäle finden somit in den Rossendorfer Laboren mit der Forschergruppe von Karim Fahmy statt. Betreut hat uns der Physiker Adrian Keller und Hilfe erhalten wir von den HZDR-Mitarbeitern Bezuayehu Teshome und Jana Oertel. Wo kommen diese Nanoreaktoren zur Anwendung? _GG: Nanoreaktoren könnten potentiell als Transportsystem von Wirkstoffen in der Krebsbehandlung eingesetzt werden. Bislang kommt es bei der Chemotherapie zu unerwünschten Nebenwirkungen, weil die Arzneimittel nicht nur die Krebszel- len angreifen, sondern auf ihrem Weg durch den Körper auch gesundes Gewebe schädigen. Wir haben deshalb die Poly- merosomen mit Antikörpern ausgestattet, die sie direkt zu Antigenen an der Oberfläche von Krebszellen führen können. Im Inneren der Polymerosomen befindet sich dann ein Enzym, das aus einem inaktiven Arzneimittel ein aktives macht. Im Prinzip handelt es sich um eine „intelligente“ Chemothera- pie: In seiner inaktiven Form verbreitet sich das Mittel überall im Körper, ohne Schaden anzurichten. Die toxische Wir- kung entfaltet es erst, wenn es vom Enzym im Nanoreaktor umgewandelt wird – direkt an den Krebszellen. So schädigt die Chemotherapie nur noch ganz gezielt das Krebsgewebe. Derzeit sind wir aber noch dabei, das System vollständig zu beschreiben. Das nächste Ziel ist ein Machbarkeitsbeweis mit Enzymen innerhalb des Nanoreaktors. Es steht uns also noch sehr viel Arbeit bevor.

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