DNA-„Nanotransporter“ zur Behandlung von Krebs

Ein Team kanadischer Forscher der Université de Montréal hat eine neue Klasse von Medikamententransportern aus DNA entwickelt und validiert, die 20.000 Mal kleiner als ein menschliches Haar sind und die Behandlung von Krebs und anderen Krankheiten verbessern könnten

Berichtet in einer neuen Studie in Naturkommunikationkönnen diese molekularen Transporter chemisch so programmiert werden, dass sie eine optimale Wirkstoffkonzentration liefern, wodurch sie effizienter als derzeitige Methoden werden.

Jederzeit optimal dosieren: Eine medizinische Herausforderung

Einer der wichtigsten Wege zur erfolgreichen Behandlung von Krankheiten ist die Bereitstellung und Aufrechterhaltung einer therapeutischen Arzneimitteldosis während der gesamten Behandlung. Eine suboptimale therapeutische Exposition verringert die Effizienz und führt typischerweise zu Arzneimittelresistenzen, während eine Überexposition die Nebenwirkungen verstärkt.

Die Aufrechterhaltung einer optimalen Konzentration von Arzneimitteln im Blut bleibt eine große Herausforderung in der modernen Medizin. Da die meisten Medikamente einem schnellen Abbau unterliegen, sind die Patienten gezwungen (und vergessen es oft), mehrere Dosen in regelmäßigen Abständen einzunehmen. Und da jeder Patient ein individuelles pharmakokinetisches Profil hat, variiert die Medikamentenkonzentration in seinem Blut erheblich.

Alexis Vallée-Bélisle, außerordentlicher Professor für Chemie an der UdeM, ein Experte für bioinspirierte Nanotechnologien, beobachtete, dass nur etwa 50 % der Krebspatienten während einer bestimmten Chemotherapie eine optimale Medikamentendosis erhalten, und begann zu erforschen, wie biologische Systeme die Konzentration von Biomolekülen kontrollieren und aufrechterhalten.

„Wir haben festgestellt, dass lebende Organismen Proteintransporter verwenden, die darauf programmiert sind, eine genaue Konzentration von Schlüsselmolekülen wie Schilddrüsenhormonen aufrechtzuerhalten, und dass die Stärke der Wechselwirkung zwischen diesen Transportern und ihren Molekülen die genaue Konzentration des freien Moleküls bestimmt“, sagte er .

Diese einfache Idee veranlasste Valléé-Belisle – der einen kanadischen Forschungslehrstuhl für Bioingenieurwesen und Bionanotechnologie innehat – und sein Forschungsteam, mit der Entwicklung künstlicher Arzneimitteltransporter zu beginnen, die die natürliche Wirkung der Aufrechterhaltung einer genauen Konzentration eines Arzneimittels während der Behandlung nachahmen.

UdeM Ph.D. Student Arnaud Desrosiers, der Erstautor der Studie, identifizierte und entwickelte zunächst zwei DNA-Transporter: einen für Chinin, ein Malariamittel, und den anderen für Doxorubicin, ein häufig verwendetes Medikament zur Behandlung von Brustkrebs und Leukämie.

Anschließend demonstrierte er, dass diese künstlichen Transporter leicht so programmiert werden können, dass sie jede spezifische Wirkstoffkonzentration abgeben und aufrechterhalten.

„Interessanter ist, dass wir auch herausgefunden haben, dass diese Nanotransporter auch als Wirkstoffreservoir eingesetzt werden könnten, um die Wirkung des Medikaments zu verlängern und seine Dosierung während der Behandlung zu minimieren“, sagte Desrosiers.

„Ein weiteres beeindruckendes Merkmal dieser Nanotransporter“, fügte er hinzu, „ist, dass sie zu bestimmten Teilen des Körpers geleitet werden können, wo das Medikament am dringendsten benötigt wird – und das sollte im Prinzip die meisten Nebenwirkungen reduzieren.“

Nanobehandelte Mäuse: Reduzierte Kardiotoxizität

Um die Wirksamkeit dieser Nanotransporter zu demonstrieren, taten sich die Forscher mit Jeanne Leblond-Chain zusammen, einer Apothekerin an der Université de Bordeaux in Frankreich; Luc DesGroseillers, Biochemiker an der UdeM; Jérémie Berdugo, Pathologe an der UdeM; Céline Fiset, Apothekerin am Montreal Heart Institute; und Vincent De Guire, ein klinischer Biochemiker am mit der UdeM verbundenen Krankenhaus Maisonneuve-Rosemont.

Unter Verwendung des für Doxorubicin entwickelten neuen Wirkstofftransporters zeigte das Team, dass eine spezifische Wirkstofftransporter-Formulierung es ermöglicht, Doxorubicin im Blut zu halten und seine Diffusion zu Schlüsselorganen wie Herz, Lunge und Bauchspeicheldrüse drastisch zu reduzieren.

Bei Mäusen, die mit dieser Formulierung behandelt wurden, blieb Doxorubicin 18-mal länger im Blut und die Kardiotoxizität war ebenfalls reduziert, wodurch die Mäuse gesünder blieben, was durch ihre normale Gewichtszunahme belegt wird.

„Eine weitere großartige Eigenschaft unserer Nanotransporter ist ihre hohe Vielseitigkeit“, sagt Vallée-Bélisle.

„Im Moment haben wir das Arbeitsprinzip dieser Nanotransporter für zwei verschiedene Medikamente demonstriert. Aber dank der hohen Programmierbarkeit der DNA- und Proteinchemie kann man diese Transporter jetzt so gestalten, dass sie eine breite Palette von therapeutischen Molekülen präzise transportieren.“

Und er fügte hinzu: „Zusätzlich könnten diese Transporter auch mit von Menschen entwickelten liposomalen Transportern kombiniert werden, die jetzt eingesetzt werden, um Medikamente mit unterschiedlichen Raten zu liefern.“

Eine klinische Studie für Blutkrebs?

Die Forscher sind nun bestrebt, die klinische Wirksamkeit ihrer Entdeckung zu validieren. Da ihr Doxorubicin-Nanotransporter darauf programmiert ist, das Medikament optimal im Blutkreislauf zu halten, könnte es ideal zur Behandlung von Blutkrebs sein, glauben sie.

„Wir stellen uns vor, dass ähnliche Nanotransporter auch entwickelt werden könnten, um Medikamente an andere spezifische Stellen im Körper zu transportieren und die Präsenz des Medikaments an Tumorstellen zu maximieren“, sagte Vallée-Bélisle. „Dies würde die Wirksamkeit von Medikamenten drastisch verbessern und ihre Nebenwirkungen verringern.“