Silikat-Partikel als Wirkstoff-Vehikel

Wie sich über ein programmierbares DNA-Ventil aus Silikatpartikeln gezielt therapeutische Substanzen freisetzen lassen, haben Wissenschaftler der Universität München ausgetüftelt. Nanopartikel können als Vehikel dienen, um Tumortherapeutika nebenwirkungsarm an den Wirkort zu lotsen. „Die Kunst besteht darin, Partikel zu entwickeln, die sich nur auf ein bestimmtes Signal hin öffnen und den Wirkstoff freisetzen – sich also quasi programmieren lassen“, erläutert Thomas Bein von der Uni München, der auch dem Exzellenzcluster „Nanosystems Initiative Munich“ (NIM) angehört. Ihm und Kollegen gelang es Silikat-Partikel herzustellen, die sich je nach Bedarf bei einer bestimmten Temperatur öffnen. „Als Ventil fungieren dabei DNA-Moleküle, deren Temperatursensitivität über die Zahl ihrer Bausteine präzise reguliert werden kann“, so Bein [Schlossbauer A et al. Angew Chemie 2010; 122: 4842-5]. Doppelstrang-DNA als Ventil Selbst feinste Sandkörner sind tausendmal größer als die porösen Silikatpartikel, welche die Nanomediziner nutzen. Über zahlreiche Poren nehmen diese Teilchen, deren Durchmesser nur etwa 50 Nanometer beträgt, Wirkstoffe durch Diffusion relativ leicht auf. Um die Poren der Partikel zu verschließen, nutzte das Team um Bein kurze doppelsträngige DNA-Stücke als Ventil. Denn die beiden Stränge des Moleküls trennen sich bei erhöhter Temperatur und lösen sich voneinander – ähnlich wie bei einem Reißverschluss. Besonders wichtig für die Chemiker war, dass diese Funktion präzise programmierbar ist: Je länger ein doppelsträngiges DNA-Stück ist, desto höher muss die Temperatur sein, um die beiden Stränge aufschmelzen zu lassen. Biotin-Avidin-System zum Feintuning Zur „Ventil“-Herstellung werden DNA-Moleküle auf die Partikeloberfläche gekoppelt, wobei aber nur einer der beiden DNA-Stränge kovalent bindet. Der andere Strang dagegen trägt am Ende nahe der Partikeloberfläche ein Biotin-Molekül. Nach Befüllen des Partikels bindet hieran ein Avidinprotein, das sich als Verschluss auf eine Pore des Silikat-Partikels legt. Erst wenn die DNA aufschmilzt, wird das Avidin von der Porenöffnung weggeschoben und die Freisetzung der Wirkstoffe ermöglicht. „ So können wir quasi ein Ventil auf Knopfdruck öffnen“, sagt Bein. (ro)

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