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Intelligente DNA-Therapie gegen Krebs

Bei vielen Arten von Krebs bleibt die Chemotherapie die einzige Möglichkeit der Behandlung. Da sie jedoch eher unspezifisch wirkt, sind unerwünschte, höchst unangenehme Nebenwirkungen die Folge. Im Rahmen einer europäischen Studie wurde eine intelligente therapeutische Plattform gegen Krebs entwickelt, die DNA-Wirkstoffe mit der Präzision der auf Nanopartikeln basierenden Verabreichung kombiniert.

Gesundheit

microRNA sind kurze, nichtkodierende RNA, welche die Genexpression auf posttranskriptionaler Ebene regulieren. Sichere Beweise besagen, dass eine anormale Expression bestimmter microRNA mit Krebs in Verbindung zu bringen ist. Diese Tatsache lässt sie als vielversprechende Angriffsziele für die Bekämpfung von Krebs und als Biomarker zur schnellen Diagnose geeignet erscheinen.

Nanopartikel vermitteln Abgabe der microRNA

Das Projekt MIRNANO wurde mit der Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen durchgeführt, um Nanopartikel zu entwickeln, die als Vehikel für die Bereitstellung dieser Anti-microRNA-Nukleinsäuren dienen. Letztere werden den Knockdown der Ziel-microRNA gewährleisten und nachfolgend eine Unterdrückung des Tumorwachstums bewirken. „Wir haben zwei Arten der auf microRNA abzielenden Nanopartikel entwickelt, die als therapeutische Wirkstoffe in der Präzisionsmedizin oder als molekulardiagnostische Werkzeuge eingesetzt werden könnten“, erklärt Forschungsstipendiat Alessandro Bertucci. Zu diesem Zweck hat die Projektforschungsgruppe biokompatible und biologisch abbaubare poröse Siliziumnanopartikel eingesetzt, die verschiedene Nutzlasten, auch synthetische Nukleinsäuren, aufnehmen können. Die Abstimmung der molekularen Identität der Nukleinsäureladung bestimmt die Nanopartikelanwendung. MIRNANO konzentrierte sich auf den Eierstockkrebs, eine der Hauptursachen für krebsbedingte Mortalität bei Frauen. Das Forschungsteam befasste sich mit miR-21, das mit Zellproliferation, Multiresistenz und Tumorinvasion assoziiert ist. Die technisch hergestellten Nanopartikel trugen ein künstliches, komplementär zu miR-21 ausgeprägtes Oligonukleotid und wurden auf ihrer Oberfläche mit einem Tumor-homing Peptid funktionalisiert, was deren Anreicherung in der Mikroumgebung des Tumors verbesserte. Bei In-vivo-Tests an einem Xenotransplantat-Mausmodell für Eierstockkrebs blockierten die künstlich hergestellten Nanopartikel die miR-21 wirkungsvoll. Sie hemmten das Tumorwachstum vollständig und ohne Nebenwirkungen. Die Forschungsgruppe nutzte nun miR-21 auch als diagnostischen/prognostischen Krebsmarker und entwickelte einen synthetischen DNA-basierten Sensor, der ein Fluoreszenzsignal liefert, wenn er an die Ziel-microRNA bindet. Optimiertes Nanopartikeldesign begünstigte die abstimmbare Freigabe des Sensors und den effizienten Nachweis von miR-21 in situ und in Echtzeit für mehr als 20 Tage.

Abstimmbare therapeutische Strategie

Um die Präzisionsgesundheitsversorgung der Zukunft zu einer Erfolgsgeschichte werden zu lassen, müssen verschiedene wissenschaftliche Gebiete zusammenkommen. Nukleinsäure-Engineering kann die In-vivo-Stabilität molekularer Wirkstoffe verbessern, indem neue Klassen von Nukleinsäurestrukturen oder künstliche Oligonukleotidimitate eingesetzt werden. Dank der Kombination aus diesem intelligenten System und Nanotechnologie können die DNA-Wirkstoffe oder bildgebenden Verbindungen gezielt an der interessierenden Stelle verabreicht werden. Die MIRNANO-Nanopartikel-Plattform hat eine umfangreiche Vielseitigkeit zu bieten, da sie auf verschiedene microRNA und Gewebe abzielen kann. Das im Verlauf des Projekts entwickelte Paket aus chemischen und biologischen Methoden gestattet eine maßgeschneiderte Anpassung dieser Nanopartikel-basierten, auf microRNA abzielenden Therapeutika auf ganz unterschiedliche Bedürfnisse. Laut Bertucci ist es „durch einfache Veränderung der Sequenz und der Funktion der Nutzlast der synthetischen Nukleinsäure möglich, an ein unglaublich breites Repertoire an Nanopartikeln für eine präzise biomedizinische Aufgabe zu gelangen.“ Das bedeutet letztlich, dass sich die potenziellen Anwendungsmöglichkeiten weit über Krebs hinaus auf die Gewebezüchtung und die regenerative Medizin sowie andere Krankheiten mit abweichenden microRNA-Expressionsmustern erstrecken. In Hinsicht auf die Zukunft plant das Forschungsteam die Weiterentwicklung der MIRNANO-DNA-Technologien und die Einbindung verschiedener Hardwaretypen, etwa von elektrochemischen Plattformen, nanostrukturierten Materialien und Mikrofluidikvorrichtungen. Langfristig wird auf diese Weise das Spektrum der molekularen Strategien erweitert, was positive Auswirkungen auf die Gesundheitsversorgung haben könnte.

Schlüsselbegriffe

MIRNANO, microRNA, miRNA, Nanopartikel, Eierstockkrebs, miR-21

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