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Forschungsarbeit

Mit höchster Konzentration ins Ziel. Nanopartikel schleusen Wirkstoff in Krebszellen ein

von Anna Magdalena Sauer (30.09.10)

Nanopartikel sind so klein, dass sie über die Membran, die die natürliche Barriere einer Zelle bildet, in deren Innenraum eindringen können. Diese Fähigkeit könnte in Zukunft gerade für die Behandlung von Krebszellen große Chancen bieten. In ersten Versuchen wurde bereits gezeigt, dass die mit Wirkstoffen beladenen Partikel diese gezielt in die befallenen Zellen transportieren. Die benötigte Medikamentendosis könnte dadurch deutlich verringert und damit auch mögliche unerwünschte Nebenwirkungen reduziert werden. Entscheidend hierfür ist jedoch, dass die Wirkstoffe bis zum Eintritt in die Zelle im Nanopartikel verbleiben.

Aus diesem Grunde haben (die Arbeitsgruppen der Professoren Joachim Rädler aus der Fakultät für Physik, Christoph Bräuchle und Thomas Bein aus dem Department Chemie) gemeinsam eine neue Methode entwickelt, um die Wirkstoffe in porösen Nanopartiken zu halten. Dazu wurden die Partikel in eine alkoholische Lösung mit Lipid-Molekülen gegeben und schrittweise Wasser hinzugefügt. Mit steigendem Wassergehalt bildeten die Lipide von selbst eine Hülle um die Partikel in Form einer Lipid-Doppelschicht.

Abb. 1: Umhüllung von porösen Nanopartikeln mit Lipid-Doppelschicht.[Bildunterschrift / Subline]: Abb. 1: Umhüllung von porösen Nanopartikeln mit Lipid-Doppelschicht.

Wie dicht dieser Überzug ist, zeigte ein Test mit Farbstoffmolekülen. Statt mit einem Wirkstoff beluden wir hierfür die Nanopartikel mit einem Fluoreszenzfarbstoff und gaben sie in eine Küvette mit Wasser. Während die unpräparierten Nanopartikel ohne Lipidhülle nach einer Stunde den Großteil der Farbmoleküle nach außen abgegeben hatten, ließ sich im Wasser des zweiten Ansatzes mit umhüllten Partikeln keinerlei Farbstoff nachweisen. Colchicin konnte durch die Lipidschicht in parallelen Versuchen nicht vollständig zurückgehalten werden, Spuren des Wirkstoffes fanden sich im Medium außerhalb der Partikel. Der größte Teil des Medikamentes diffundierte jedoch erst nach dem Eintritt in die Zielzelle und konnte dort seine wachstumshemmende Wirkung entfalten. Die wachstumshemmende Wirkung wurde mit hochsensitiver Fluoreszenzmikroskopie auf Ebene der einzelnen Zelle im Detail untersucht.

Die wirkungsvolle zelluläre Aufnahme der Nanopartikel mit Lipidhülle und Freisetzung von Colchicin aus den Nanopartikeln zeigt das große Potential poröser Nanopartikel mit Lipidhülle für den Transport auch anderer Wirkstoffe in Krebszellen.

Abb. 2: Wirkstofftransport in das Zellinnere durch Colchicin beladene Nanopartikel mit Lipidhülle.[Bildunterschrift / Subline]: Abb. 2: Wirkstofftransport in das Zellinnere durch Colchicin beladene Nanopartikel mit Lipidhülle. a) Konfokalmikroskopie auf Einzelzellebene zeigt das fluoreszenzmarkierte, strukturierte Zellskelett (grün) einer unbehandelten Zelle. b) Zelle mit fluoreszenzmarkiertem Zellskelett (grün) nach der Zugabe von Colchicin-beladenen porösen Nanopartikeln (markiert mit Fluoreszenzfarbstoff, in rot gezeigt) mit Lipidhülle. c) Nach 120 min verschwindet das Zellskelett auf Grund der Wirkung des Colchicins. d) Die Seitenansicht derselben Zelle zeigt in die Zelle aufgenommene Nanopartikel (gelb aufgrund einer Überlagerung von grünem Zellskelett und roten Nanopartikeln).

Anna Magdalena Sauer

Stationen
  • 2002-2005
  • Bachelor of Science in Molekularer Biotechnologie, TU München
  • 2006-2007
  • Research fellow, Department of Biomedical Engineering, University of Michigan, USA
  • 2005-2007
  • Master of Science in Molecularer Biotechnologie, TU München
  • 2007
  • Master thesis, Institut für Experimentelle Onkologie, TU München und Department für Physikalische Chemie, Ludwig-Maximilans Universität München mit PD Dr. Plank und Prof. Bräuchle
  • seit 2008
  • PhD candidate, Physikalische Chemie, Gruppe von Prof. Bräuchle, Ludwig-Maximilians Universität München
  • seit 2008
  • Mitglied im Internationalen Doktorandenkolleg NanoBioTechnology

Veröffentlichungen
  • *A. M. Sauer, K. G. de Bruin, N. Ruthardt, O. Mykhaylyk, C. Plank, C. Bräuchle: "Dynamics of magnetic lipoplexes studied by single particle tracking in living cells". Journal of Controlled Release, 2009, 137(2).
  • *Cauda V., H. Engelke, A.M. Sauer, D. Arcizet, C. Bräuchle, J. Rädler, T. Bein: "Colchicine-loaded lipid bilayer-coated 50 nm mesoporous nanoparticles efficiently induce microtubule depolymerization upon cell uptake". Nano Letters, 2010, 10, S. 2484-92.