Nanopartikel für den Wirkstofftransport ins Gehirn

Die meisten Wirkstoffe zur Behandlung von Erkrankungen des zentralen Nervensystems können auf dem Weg ins Gehirn nicht die Blut-Hirn-Schranke passieren. Nanopartikel könnten hier vielversprechende Transportvehikel darstellen.

Gesundheit

Die Blut-Hirn-Schranke (BHS) ist bislang für die meisten Medikamente undurchlässig und behindert deren Transport ins Gehirn. Ein neuer Therapieansatz bei Gehirnerkrankungen wie Neurodegeneration und Schlaganfall könnte nun die medikamentöse Stimulation endogener neuronaler Stammzellen (NSZ) im Gehirn sein. Neuronale Stammzellen besitzen die Fähigkeit zur Proliferation und Differenzierung zu Neuronen und Gliazellen, was die Regeneration von Gehirnzellen fördert und die Funktion des Nervensystems wiederherstellen kann.

Nanomaterialien für den Transport therapeutischer Substanzen ins Gehirn

Das EU-finanzierte Projekt NANOSTEM entwickelte Nanomaterialien, die mit therapeutischen Wirkstoffen bestückt werden und diese zu neuronalen Stammzellen transportieren können. NANOSTEM warb 14 Nachwuchsforschende für das Projekt an, deren Forschung über die Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützt wurde. „Unser Ziel war die Herstellung verschiedener neuartiger Nanomaterialien, die Therapeutika durch die Blut-Hirn-Schranke transportieren und sie dann an den Stammzellen freisetzen“, erklärt Projektkoordinatorin Marina Resmini. Unter anderem arbeiteten die Forschenden dazu mit Polymersystemen wie temperaturreaktiven Mizellen und Nanogelen sowie Gold-Nanostäbchen, die auf Licht im nahen Infrarotbereich reagieren. Für den Wirkstofftransport kamen zudem Aptamer-basierte DNS-Nanostrukturen und extrazelluläre Vesikel in Frage. Nach umfassender Charakterisierung der Nanomaterialien wurde bestätigt, dass sie die BHS passieren können, was entweder auf die geringe Größe der Nanopartikel oder deren stärkere Affinität zu Transferrinrezeptoren zurückging. Diese Permeationsfähigkeit wurde mittels Fluoreszenzmarkierung der Nanopartikel sichtbar gemacht. Schließlich wurden die vielversprechendsten Präparate in vivo an Zebrafisch- und Mausmodellen getestet, wobei am Zebrafischmodell beobachtet wurde, wie die Nanopartikel die BHS im Gehirn durchdringen, und am Mausmodell, wie die Proliferation neuronaler Stammzellen induziert wird.

Vermeidung einer Proteinkorona

Eine der größten Hürden bei der Forschung an Nanopartikeln für den Wirkstofftransport ist, dass sie, sobald sie in den Blutkreislauf eintreten, von Proteinen gebunden werden. Die Proteine mit ihren lose oder irreversibel gebundenen Nanopartikeln bilden zusammen eine Molekülschicht, die sogenannte Proteinkorona. Da diese Proteinkorona Morphologie und Eigenschaften der Nanopartikel verändern kann, besteht hier durchaus Forschungsbedarf. Im Projekt galt die Aufmerksamkeit insbesondere der Oberflächenchemie und Morphologie der Nanopartikel, um herauszufinden, wie sich diese Proteinkorona durch Wechselwirkungen mit biologischen Einheiten wie Proteinen und Lipiden beeinflussen lässt.

In-vitro-Modelle der Blut-Hirn-Schranke

Am Modell der Blut-Hirn-Schranke lassen sich Wirksamkeit und Transportmechanismen verschiedener Medikamente für das Zentralnervensystem (ZNS) analysieren. Hierzu waren jedoch bislang größere Mengen biologischen Materials und teure Reagenzien nötig, was den breiteren Einsatz behindert. NANOSTEM hingegen miniaturisierte ein etabliertes Modell durch Automatisierung auf ein 96-Well-Format, sodass mit kleineren Substanzmengen gearbeitet und gleichzeitig die Zahl der analysierbaren experimentellen Parameter erhöht werden konnte. Durch Optimierung mit verschiedenen Zelltypen konnte zudem das Anwendungsspektrum des BHS-Modells erweitert werden. Das Konsortium erstellte schließlich ein Protokoll für ein weiteres BHS-Modell mit drei Arten von Zellkulturen: Endothelzellen, Perizyten und Astrozyten. Dessen Validierung erfolgte durch Messung des Transports von Nanogelen. Laut Resmini „sind unsere In-vitro-BHS-Modelle leistungsstarke Werkzeuge für Arzneimittelstudien in der frühen Entwicklungsphase, um Substanzen gegen Erkrankungen des Zentralnervensystems zu identifizieren.“

Schlüsselbegriffe

NANOSTEM, Nanopartikel, BHS, Wirkstoffabgabe, Wirkstofftransport, NSZ, Proteinkorona, Blut-Hirn-Schranke, zentrales Nervensystem, ZNS, neuronale Stammzellen

New nanomaterials for neural stem cells drug delivery

Nanopartikel für den Wirkstofftransport ins Gehirn

Nanomaterialien für den Transport therapeutischer Substanzen ins Gehirn

Vermeidung einer Proteinkorona

In-vitro-Modelle der Blut-Hirn-Schranke

Schlüsselbegriffe

Entdecken Sie Artikel in demselben Anwendungsbereich

Diese Seite teilen

Herunterladen