Bildgebende Fluoreszenz-Nanopartikel bei der Behandlung von Hirnschäden
Schädel-Hirn-Traumata gehören insbesondere im Kindes- und Jugendalter zu den häufigsten Todesursachen. Die Kopfverletzung kann auf äußere Krafteinwirkung oder plötzliche Erschütterungen des Gehirns zurückgehen. Ihre Häufigkeit resultiert u. a. daraus, dass die Unfallursachen so zahlreich sind, vom einfachen Sturz bis zum Autounfall. Nikolaus Plesnila, Professor für experimentelle Schlaganfallforschung an der Ludwig-Maximilians-Universität München und Projektkoordinator von NEUROTARGET erklärt: „Das Gehirn hat kaum Platz, sich in einem so engen Raum wie dem Schädel auszudehnen.“ „Schwillt das Gehirn verletzungsbedingt an, besteht die Gefahr, dass Blutgefäße abgedrückt werden und die Blutversorgung des Gehirns unterbrochen wird, was letztendlich zum Tod führen kann.“ Aus neurowissenschaftlicher Sicht ist es noch immer kaum möglich, die Vorgänge in diesem beengten Raum einzuschätzen, ohne den Schädel zu öffnen. Auch die Folgen einer Hirnverletzung lassen sich nur schwer vorhersagen. Diese Folgen müssen nicht immer bleibende Schäden sein, mitunter stellen sich aber später Sprachstörungen oder Stimmungsschwankungen ein.
Licht ins Dunkel bringen
Für die Behandlung von Schädel-Hirn-Traumata ist insbesondere ein Bereich von klinischem Interesse: der direkte Transport von Wirkstoffen zum Gehirn mithilfe von Nanopartikeln. Entscheidender Vorteil ist hier, dass die Partikel klein genug sind, um die Blut-Hirn-Schranke zu passieren. Aufgebaut ist diese aus einer dünnen Zellmembran, die sehr streng reguliert, welche Moleküle zum Gehirn durchdringen dürfen. „Auf welche Weise diese Barriere funktioniert, ist bislang nicht hinreichend erforscht“, sagt Marie Skłodowska-Curie-Stipendiat Igor Khalin, der ebenfalls an der Ludwig-Maximilians-Universität München forscht. „Wir wissen zwar um die Wirkungsweise eines injizierten Medikaments und können auch beobachten, ob es an den Neuronen ankommt. Was unterdessen passiert und wie die Blut-Hirn-Schranke arbeitet, ist jedoch unklar.“ Auf der Suche nach Antworten entwickelte das Projekt NEUROTARGET neue Techniken für neurowissenschaftliche Untersuchungen der im Gehirn stattfindenden Prozesse. Khalin kombinierte das neurologische Fachwissen aus dem Labor Plesnilas mit neuesten Forschungsergebnissen aus der Biophotonik. Er erklärt: „Ich wollte nun erstmals beide Forschungsbereiche zusammenführen und hohle Nanopartikel mit fluoreszierendem, biophotonischen Material füllen.“
Überwindung der Blut-Hirn-Schranke
Nachdem die Nanopartikel ins Gewebe injiziert wurden, konnte die Arbeitsgruppe deren Weg durch die Blut-Hirn-Schranke nachverfolgen. „Die von Igor Khalin entwickelten Nanopartikel gleichen einer nächtlichen Fackel im Wald“, bemerkt Plesnila. „Von weitem sieht man eine helle Lichtquelle, beim Näherkommen stellt sich aber heraus, dass die Fackel nur sehr klein ist – man sah quasi nur den hellen Lichtschein.“ Nanopartikel sind in der Regel zu klein für ein herkömmliches Mikroskop. Mittels Zwei-Photonen-Fluoreszenz kann das von ihnen emittierte Licht aber sichtbar gemacht werden. „Erstmals konnten wir zeigen, dass es möglich ist, diese winzigen Nanopartikel zu beobachten“, sagt Plesnila. Dass es nun tatsächlich gelang, Nanopartikel auf ihrem Weg von der Injektionstelle bis ins Gehirn zu verfolgen, eröffnet enorme Möglichkeiten. So könnte für neurowissenschaftliche Untersuchungen beurteilt werden, wann und wo die Injektion gesetzt werden muss, und das Verhalten der Blut-Hirn-Schranke genauer erforscht werden. „Als nächstes folgt nun die klinische Umsetzung dieser Ergebnisse“, ergänzt Plesnila. „Wir wollen die Partikel mit Wirkstoffen bestücken und sie so gezielter einsetzen, um Hirnschäden besser behandeln zu können.“ Die Gruppe um Plesnila forscht auch am Einsatz biokompatibler, biologisch abbaubarer Nanopartikel, die sich nach der Wirkstofffreisetzung auf natürliche Weise im Körper auflösen.
Schlüsselbegriffe
NEUROTARGET, Nanopartikel, Gehirn, Schädel, Verletzung, Biophotonik, Neuron, neurologisch
