Nanopartikel lassen Fadenwürmer alt aussehen

Der Arbeitsgruppe von Prof. Anna von Mikecz am IUF – Leibniz Institut für umweltmedizinische Forschung in Düsseldorf ist es gelungen, markierte Nanopartikel bis in einzelne Zellen des Fadenwurms Caenorhabditis elegans zu verfolgen und mit vorzeitiger Alterung in Verbindung zu bringen.

C. elegans ist ein bodenbewohnender Fadenwurm, der seit den 1960er Jahren als Tiermodell verwendet wird. Seine Anwendung im Bereich der Nanotechnologie befindet sich noch in den Kinderschuhen. Dabei lassen sich die 1 mm langen, durchsichtigen Würmer sehr gut im Labor kultivieren und über ihre gesamte Lebensspanne von zwei bis drei Wochen beobachten.

Diese Vorteile nutzten die Forscherinnen im Labor der Biologin Anna von Mikecz und mischten den Würmern Fluoreszenz-markierte Nanopartikel unter das Futter. Mit Hilfe von Lasermikroskopie konnte der Weg der Nanopartikel im lebenden Fadenwurm verfolgt werden. Nanomaterialien aus Siliziumdioxid gelangten bis in einzelne Zellen des Darmepithels der Fadenwürmer. In den Epithelzellen verteilten sich die Partikel im Zytoplasma und im Zellkern, wo sie amyloide Proteinverklumpungen auslösten.

Da man solche Proteinklumpen sonst typischerweise in alten Würmern findet,
untersuchten die Forscherinnen, ob die Würmer, die mit Siliziumdioxid Nanopartikeln gefüttert wurden, auch andere Anzeichen für frühzeitige Alterung aufwiesen. Dazu beobachteten sie die Nahrungsaufnahme, die sich bei alternden C. elegans im Laufe der Lebenszeit stetig verlangsamt.

Tatsächlich konnte gezeigt werden, dass sich Nanopartikel aus Siliziumdioxid nicht nur in dem Organ für die Nahrungsaufnahme anreichern, sondern dass dieses Organ dann genau wie bei alten Würmern die Nahrung langsamer in den Darm pumpt. Damit lösen die Nanopartikel vorzeitig ein Verhalten aus, das normalerweise bei alten Fadenwürmern beobachtet wird. Eine derartige vorgezogene Alterung zeigte sich auch in den Fortpflanzungsorganen und beim Fortpflanzungsverhalten der Würmer.

Als nächstes soll nun untersucht werden, ob die Proteinverklumpungen in den Zellen daran beteiligt sind, die vorzeitige Alterung der Organfunktionen auszulösen. Die Forscher vermuten, dass vor allem neuromuskuläre Vorgänge betroffen sein könnten. Da der Fadenwurm C. elegans ein einfaches Nervensystem aus 302 Zellen besitzt, das in seinen Grundzügen dem des Menschen stark ähnelt, ist es aussichtsreich, hier die molekularen Ursachen der Wirkung von Nanopartikeln weiter aufzuklären.

Scharf A, Piechulek A, von Mikecz A: Effect of Nanoparticles on the Biochemical and Behavioral Aging Phenotype of the Nematode Caenorhabditis elegans. ACS Nano 2013 Dec 23; 7(12):10695-10703.

Kontakt:
Prof. Anna von Mikecz
IUF – Leibniz-Institut für umweltmedizinische Forschung
mikecz@uni-duesseldorf.de