Forscher am Karolinska Institutet in Schweden haben Nanoroboter entwickelt, die Krebszellen in Mäusen töten. Die Waffe des Roboters ist in einer Nanostruktur versteckt und wird nur in der Tumormikroumgebung freigelegt, wodurch gesunde Zellen verschont bleiben. Die Studie ist veröffentlicht im Journal Natur Nanotechnologie.
Die Forschungsgruppe am Karolinska Institutet hat bereits Strukturen entwickelt, die sogenannte Todesrezeptoren auf der Oberfläche von Zellen organisieren können, was zum Zelltod führt. Die Strukturen bestehen aus sechs Peptiden (Aminosäureketten), die in einem sechseckigen Muster angeordnet sind.
„Dieses sechseckige Nanomuster aus Peptiden wird zu einer tödlichen Waffe“, erklärt Professor Björn Högberg von der Abteilung für Medizinische Biochemie und Biophysik des Karolinska Institutet, der die Studie leitete.
„Würde man es als Medikament verabreichen, würde es wahllos damit beginnen, Zellen im Körper abzutöten, was nicht gut wäre. Um dieses Problem zu umgehen, haben wir die Waffe in einer Nanostruktur aus DNA versteckt.“
Einen „Kill Switch“ geschaffen
Die Kunst, Nanostrukturen mit DNA als Baumaterial zu bauen, wird als DNA-Origami bezeichnet und ist etwas, woran Högbergs Forschungsteam schon seit vielen Jahren arbeitet. Nun haben sie die Technik genutzt, um einen „Notausschalter“ zu entwickeln, der unter den richtigen Bedingungen aktiviert wird.
„Es ist uns gelungen, die Waffe so zu verstecken, dass sie nur in der Umgebung eines soliden Tumors zum Vorschein kommt“, sagt er. „Das bedeutet, dass wir eine Art Nanoroboter geschaffen haben, der Krebszellen gezielt angreifen und töten kann.“
Der Schlüssel ist der niedrige pH-Wert, also das saure Mikromilieu, das Krebszellen normalerweise umgibt und die Waffe des Nanoroboters aktiviert. In Zellanalysen im Reagenzglas konnten die Forscher nachweisen, dass die Peptidwaffe bei einem normalen pH-Wert von 7,4 im Inneren der Nanostruktur verborgen ist, bei einem pH-Wert von 6,5 jedoch eine drastische zelltötende Wirkung entfaltet.
Reduziertes Tumorwachstum
Anschließend testeten sie die Injektion des Nanoroboters in Mäuse mit Brustkrebstumoren. Dies führte zu einer 70-prozentigen Verringerung des Tumorwachstums im Vergleich zu Mäusen, denen eine inaktive Version des Nanoroboters verabreicht wurde.
„Wir müssen nun untersuchen, ob dies in fortgeschritteneren Krebsmodellen funktioniert, die der echten menschlichen Krankheit ähnlicher sind“, sagt der Erstautor der Studie, Yang Wang, ein Forscher an der Abteilung für Medizinische Biochemie und Biophysik des Karolinska Institutet. „Wir müssen auch herausfinden, welche Nebenwirkungen die Methode hat, bevor sie an Menschen getestet werden kann.“
Die Forscher wollen außerdem untersuchen, ob es möglich ist, den Nanoroboter zielgerichteter zu machen, indem man auf seiner Oberfläche Proteine oder Peptide platziert, die sich speziell an bestimmte Krebsarten binden.
Mehr Informationen:
Ein DNA-Roboterschalter mit regulierter autonomer Anzeige von zytotoxischen Liganden-Nanomustern, Natur Nanotechnologie (2024). DOI: 10.1038/s41565-024-01676-4 , www.nature.com/articles/s41565-024-01676-4