Münster: Bioinspirierte Nanocontainer nutzen natürliche Prozesse, um Wirkstoffe in Zellen zu bringen

Wissenschaftler:innen haben Nanocontainer aus Zucker- und Eiweißkomponenten entwickelt. Diese nutzen natürliche Prozesse, um Substanzen in Zellen zu transportieren, für die die Zellmembran sonst undurchlässig ist – beispielsweise markierte Substanzen zur Untersuchung von Zellfunktionen oder Medikamente.

Menschliche Krebszelle in Zellkultur, deren Skelett mit fluoreszierendem Phalloidin gefärbt ist. Diese giftige Substanz konnte nur mittels der neu entwickelten Nanocontainer in die Zellen gelangen.

Menschliche Krebszelle in Zellkultur, deren Skelett mit fluoreszierendem Phalloidin gefärbt ist. Diese giftige Substanz konnte nur mittels der neu entwickelten Nanocontainer in die Zellen gelangen.

Kudruk & Pottanam Chali et al./Adv Sci 2021

Mit Nanocontainern lassen sich Substanzen gezielt in das Innere von Zellen transportieren, wo sie dann ihre Wirkung entfalten können. Diese Methode kommt beispielsweise bei den aktuell verwendeten mRNA-Impfstoffen gegen Covid-19 und bestimmten Krebsmedikamenten zum Einsatz. In der Forschung können solche Wirkstofftransporter zudem dazu dienen, markierte Substanzen in Zellen einzuschleusen und damit grundlegende zelluläre Funktionen zu untersuchen. Um ihr Potenzial nutzen zu können, wird intensiv daran geforscht, wie Nanocontainer mit biologischen Umgebungen interagieren und wie sie chemisch so aufgebaut werden können, dass sie Substanzen möglichst schonend und kontrolliert in die Zellen bringen.

Wissenschaftler:innen der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) haben jetzt eine neue Art von Nanocontainern entwickelt, die vollständig aus biologischen Bestandteilen aufgebaut sind. Anders als andere Wirkstofftransporter basieren sie nicht auf Lipiden, also Fetten, sondern auf Zuckerverbindungen und werden von einer in ihrer Dicke genau abgestimmten Schicht aus Eiweißstrukturen – sogenannten Polypeptiden – abgedichtet. „Wir stellen die Komponenten unserer Nanocontainer zwar synthetisch her, sie werden aber genau wie natürlich vorkommende Stoffe von Zellen aufgenommen und – aufgrund der von uns entwickelten Gesamtstruktur – auch abgebaut“, erklärt der Chemiker Prof. Dr. Bart Jan Ravoo. „Für den Abbau der Containerhülle im Inneren der Zelle nutzen wir gleich zwei natürliche Mechanismen aus – dadurch werden die transportierten Stoffe zügig freigesetzt, sobald sie in der Zelle angekommen sind“, ergänzt der Biochemiker Prof. Dr. Volker Gerke.

Die Wissenschaftler:innen wollen die winzigen Nanocontainer mit einem Durchmesser von etwa 150 Nanometern nutzen, um markierte biologisch relevante Lipide in Zellen einzubringen und damit Transportprozesse in der Zellmembran zu untersuchen. Darüber hinaus möchten sie das chemische Design der Container weiterentwickeln, damit diese beispielsweise nur von bestimmten Zellarten aufgenommen werden oder um das Freisetzen der Ladung von außen durch Licht steuern zu können. Perspektivisch könnten sich aus Zucker- und Eiweißkomponenten aufgebaute Transportsysteme auch für Anwendungen in lebenden Organismen eignen, um Medikamente gezielt an die Orte zu bringen, an denen sie gebraucht werden. Die Studie ist in der Fachzeitschrift „Advanced Science“ erschienen.


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Zur Pressemitteilung beim idw.

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