Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Medikamente zielgerichtet freisetzen

24.01.2013
Nanomedizin
Wissenschaftlern des Nationalen Forschungsprogramms "Intelligente Materialien" (NFP 62) ist es gelungen, Medikamente mittels eines magnetischen Nanoträgers kontrolliert freizusetzen. Dies eröffnet neue Möglichkeiten in der Entwicklung gezielter und effizienter Behandlungsmethoden, die weniger Nebenwirkungen nach sich ziehen.

Manche Medikamente sind von Natur aus toxisch. Das gilt zum Beispiel für Krebsmedikamente: Sie werden mit dem Ziel entwickelt, erkrankte Zellen zu zerstören, greifen aber auch gesunde an. Wenn ein Medikament nur in der vom Krebs befallenen Körperregion wirkte, liessen sich die Nebenwirkungen einer Chemotherapie einschränken.

Im Rahmen des Nationalen Forschungsprogramms "Intelligente Materialien" (NFP 62) – einer Kooperation des Schweizerischen Nationalfonds und der Kommission für Technologie und Innovation – haben Forschende der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne (EPFL), des Adolphe-Merkle-Instituts der Universität Freiburg und des Universitätsspitals Genf eine weitere Hürde in der Entwicklung eines Medikaments dieser Art überwunden. Dank der Kombination seines Fachwissens in den Bereichen Materialwissenschaften, Bionanomaterialien und Medizin konnte das Team um Heinrich Hofmann vom Labor für Pulvertechnologie der EPFL nachweisen, dass sein Nanocontainer eine chemische Substanz kontrolliert freisetzen kann.
Der Nanocontainer ist ein sogenanntes Liposom, eine Fettschicht, die einen kugelförmigen Hohlraum mit einem Durchmesser von 100 bis 200 Nanometer umschliesst, der etwa hundert Mal kleiner ist als eine Zelle. Spezifische Moleküle, die sich auf der Oberfläche des Liposoms befinden, machen es möglich, kranke Zellen anzusteuern und den Nanocontainer so zu tarnen, dass das Immunsystem ihn nicht als Fremdkörper erkennt und zerstört. Damit fehlt nur noch ein Mechanismus, der es möglich macht, die Membran im richtigen Moment zu öffnen.

Nanoeffekt
Diesen Mechanismus nennen die Forschenden SPION: superparamagnetische Eisenoxid-Nanopartikel. Integriert in der Fettschicht des Liposoms, erwärmen sich diese Partikel unter dem Einfluss eines externen magnetischen Feldes. Dadurch wird die Fettschicht durchlässig und das Medikament kann austreten. Vorerst haben die Forschenden die Brauchbarkeit ihrer Methode mit Liposomen nachgewiesen, die anstatt eines Medikaments Farbstoff enthielten. Die SPION erweisen sich dabei als ausgezeichnetes Kontrastmittel in der Magnetresonanztomographie (MRI). Dadurch kann man sie verfolgen und den Freisetzungsmechanismus aktivieren, sobald sie am Zielort angekommen sind. "Wir können hier wirklich von Nanomedizin sprechen, da wir mit dem Superparamagnetismus einen Quanteneffekt ausnützen, der nur im Nanobereich existiert", erklärt Hofmann.

Anwendungsorientierte Entwicklung
"Um auf eine möglichst brauchbare Methode zu stossen, haben wir uns von Anfang an auf Nanocontainer konzentriert, die unter Medizinern eine grosse Akzeptanz geniessen", sagt Hofmann. Diese Strategie schränkt die Möglichkeiten ein: Die verwendeten Liposomen sind bereits in erhältlichen Medikamenten im Einsatz. Sie enthalten natürliche Phospholipide, die sich auch in der Membran unserer Zellen befinden. Die Forschenden griffen auf SPION zurück, die sich bereits in mehreren toxikologischen Studien als unbedenklich erwiesen haben. Dabei verzichteten sie auf leistungsstärkere Stoffe mit weniger oder gar nicht bekannten gesundheitlichen Risiken. Hinsichtlich der Form, einem wichtigen Parameter für die im Magnetfeld wirkenden Kräfte, haben sie sich für kugelförmige Nanopartikel entschieden, weil diese im Allgemeinen sicherer sind als Nanofasern. Schliesslich sind die Intensität und die Frequenz des Magnetfeldes, das zur Freisetzung des aktiven Stoffs benötigt wird, mit der menschlichen Physiologie kompatibel.

Die Kombination dieser Parameter hat die Forschenden vor eine weitere Herausforderung gestellt: Damit die SPION die nötige Temperatur erreichen, musste ihr Durchmesser von sechs auf 15 Nanometer vergrössert werden. Doch die Membran der Vesikel beträgt nur vier bis fünf Nanometer. Der Gruppe um Alke Fink am Adolphe Merkle Institut gelang es, die SPION in einem Bereich der Membran zu konzentrieren (*). Dadurch sind die Nanopartikel leichter im MRI erkennbar, als wenn sie gleichmässig auf der Membran verteilt wären. Im Moment vertiefen die Forschenden ihr Wissen über die Integration der SPION in der Fettschicht der Liposomen, bevor sie ihre Nanocontainer in einem nächsten Schritt in vivo testen.

Nationales Forschungsprogramm "Intelligente Materialien"(NFP 62)
NFP 62 ist ein Kooperationsprogramm des Schweizerischen Nationalfonds (SNF) und der Kommission für Technologie und Innovation (KTI). Es fördert neben der wissenschaftlichen Erkenntnis, die industrielle Nutzung intelligenter Materialien und ihrer Anwendungen. Das NFP 62 bringt die Kompetenzen und Ressourcen verschiedener Forschungseinrichtungen in der Schweiz zusammen. Das NFP 62 umfasst 21 Projekte im Bereich anwendungsorientierter Grundlagenforschung. Es verfügt über ein Budget von 11 Millionen Franken und läuft bis 2015.

(*) Bonnaud Cécile, Vanhecke Dimitri, Demurtas, Davide, Rothen-Rutishauser Barbara and Fink Alke (2013). Spatial SPION localization in liposome membranes. IEEE Transaction on Magnetics: doi 10.1109/TMAG.2012.2219040
(als PDF beim SNF erhältlich; E-Mail: com@snf.ch)

Der Text dieser Medienmitteilung und das hochaufgelöste Bild stehen auf der Website des Schweizerischen Nationalfonds zur Verfügung: www.snf.ch > Medien > Medienmitteilungen

Kontakt
Prof. Heinrich Hofmann
Labor für Pulvertechnologie
Eidgenössische Technische Hochschule Lausanne
CH-1015 Ecublens
Tel: +41 (0)21 693 36 07
E-Mail: heinrich.hofmann@epfl.ch

Prof. Alke Fink
Adolphe Merkle Institut
Universität Freibourg
Rte de l'Ancienne Papeterie
CH-1723 Marly
Tel: +41 (0)26 300 95 01
E-Mail: alke.fink@unifr.ch

Abteilung Kommunikation | idw
Weitere Informationen:
http://www.snf.ch/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizin Gesundheit:

nachricht Neuer Ansatz: Nierenschädigungen therapieren, bevor Symptome auftreten
20.09.2017 | Universitätsklinikum Regensburg (UKR)

nachricht Neuer Ansatz zur Therapie der diabetischen Nephropathie
19.09.2017 | Universitätsklinikum Magdeburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizin Gesundheit >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

DFG bewilligt drei neue Forschergruppen und eine neue Klinische Forschergruppe

22.09.2017 | Förderungen Preise

Lebendiges Gewebe aus dem Drucker

22.09.2017 | Biowissenschaften Chemie