Medikamente in Nanokapseln

Medikamente zu entwickeln ist eine schwierige und aufwändige Angelegenheit. Ein grosses Problem ist meist, das Medikament an seinen Wirkort zu befördern. Denn es müssen viele Barrieren überwunden werden. Mit Nanokapseln könnten die Wirkstoffe viel effizienter und zielgerichteter transportiert werden und somit besser wirken.

Nanokapseln, winzige Behälter, die kleiner als eine Zelle sind, sollen als Transportverpackung für Medikamente dienen. Bild: CanStockPhoto

Krebs ist eine der häufigsten und tödlichsten Krankheiten. Fieberhaft suchen Forscher nach Möglichkeiten, die verschiedenen Krebsarten effektiv zu bekämpfen. Da eine unkontrollierte Zellteilung eine zentrale Eigenschaft von Krebszellen ist, richten sich viele Krebsmedikamente gegen Zellen, die sich schnell teilen. Dabei werden aber auch gesunde Zellen angegriffen. Dazu gehören Haarwurzelzellen oder die Fingernagel-bildenden Zellen. Viele dieser sogenannten Chemotherapien führen deshalb zu Haarausfall oder dem Verlust der Nägel. Um diese Nebenwirkungen zu vermeiden, verpacken Forscher den Wirkstoff in Nanokapseln, die gezielt Krebszellen ansteuern und nur dort den Wirkstoff freigeben sollen. Die Hürden, die dabei genommen werden müssen, sind vielfältig:

Unsichtbar bleiben

Das Immunsystem ist der Wächter unserer Gesundheit. Sobald Eindringlinge wie Bakterien eindringen, stürzen sich spezielle Zellen darauf, um sie zu eliminieren. Es ist daher eine Herausforderung, die Nanokapseln vor dem eigenen Körper zu schützen. Dafür gestalten die Forscher die Oberfläche der Nanokapseln so, dass sie vom Immunsystem nicht als gefährlich eingestuft werden. Oder sie gestalten die Nanokapseln besonders dünn und lang, da sie dann schlechter von den speziellen Immunzellen eingefangen werden können.

Den Weg zum Ziel finden

Entgeht die Nanokapsel mit dem Medikament einem Angriff des Immunsystems, muss sie trotzdem noch den Weg zu ihrem Ziel finden. An ihrer Oberfläche trägt sie kleine Anhängsel (Signapeptide), die wie ein Schlüssel zu Anhängseln (Rezeptoren) an der Oberfläche der Zielzelle passen. Die Nanokapsel schwimmt solange durch den Körper, bis sie an der Zielzelle vorbeikommt und mithilfe der Anhängsel daran hängen bleibt. Paket zugestellt!

Den Wirkstoff nur am Ziel entladen

Endlich ist die Nanokapsel am richtigen Ort. Nun muss ihr wertvoller Inhalt ausgeschüttet werden. Es gibt verschiedene Ansätze dafür. In Krebsgewebe ist der pH-Wert niedriger als in gesundem Gewebe. Nanokapseln können so gebaut werden, dass ihr Inhalt abhängig vom pH automatisch freigesetzt wird. Sobald also die Kapsel am Krebsgewebe andockt und die pH-Änderung wahrnimmt, entweicht der Wirkstoff.

Eine andere Möglichkeit ist, Nanokapseln mit winzigen Goldpartikeln zu bespicken. Wenn das Gewebe von aussen mit Infrarotlicht bestrahlt wird, heizen sich die Goldpartikel auf und erwärmen die Hülle der Nanokapsel. Daraufhin entweicht der Wirkstoff.

Zugelassen werden

Wissenschaftler sind in der Lage viele verschiedene Nanokapseln mit verschiedenen Eigenschaften im Labor herzustellen. Diese müssen eine Reihe von Untersuchungen und Studien durchlaufen, bevor sie zur Therapie von Menschen zugelassen werden können. Einige Medikamente gegen Krebs auf Basis dieser Nanokapseltechnologie haben bereits eine Zulassung erhalten.

Konstruktion und Beladen von Nanokapseln

Es gibt verschiedene Methoden eine Nanokapsel herzustellen. Eine Möglichkeit ist, die Nanokapsel wie eine Zwiebel nach dem Schichtprinzip aufzubauen. Nach und nach werden Schichten aufgetragen, so lange, bis die Kapsel die gewünschte Grösse besitzt. Durch das Zwiebelprinzip sind die Eigenschaften der Nanokapseln veränderbar, was ihre Anwendung sehr vielfältig macht. Beispielsweise kann die Wandstärke der hohlen Nanokapseln auf Milliardstel Meter genau eingestellt werden. Darüberhinaus ist die chemische Zusammensetzung der Kapselwand flexibel, so dass die Kapselwände über Jahre stabil oder – im Gegenteil – gezielt zersetzbar sein können. Die Durchlässigkeit für verschiedene Wirkstoffe lässt sich so einstellen, dass die Wirkstoffe auf einmal oder nach und nach abgegeben werden.

Eine andere Methode ist, Kalkkügelchen als Gerüst zu benutzen. Die Poren der Kalkkügelchen werden mit den Nanopartikeln, die am Ende die Hülle bilden, und mit dem Wirkstoff beladen. Danach werden die gefüllten Kalkkugeln in eine Lösung mit kurzen Aminosäureketten gelegt. Diese Moleküle lagern sich wie Fäden um die gefüllten Kalkkugeln bis ein dichtes Gespinst entsteht. Das Kalkgerüst wird dann mit Säure aufgelöst, so dass Hohlkugeln, in der Grösse der Kalkkugeln, zurückbleiben. Diese Methode ist besonders für medizinische Anwendungen geeignet, weil die Kapseln nicht miteinander verklumpen und weil sie auch im salzhaltigen Milieu des Körpers stabil bleiben.

Weitere Informationen zur Nanomedizin findest du im Biotech Lerncenter.

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