Mit dem Nanotaxi in die Zelle
Dieser Beitrag entstammt dem Magazin “Polymere – Alleskönner der Moderne” der Gesellschaft Deutscher Chemiker und wurde publiziert von Spektrum CP.
Die Arbeitsgruppe von Anja Träger entwickelt polymere Nanotransporter für die Gentherapie.
Frau Träger, Sie und Ihr Team entwickeln Gen-Taxis. Was versteht man darunter?
Gen-Taxis sind winzige Strukturen, die genetisches Material in Zellen einschleusen können. Als Taxi kann zum Beispiel ein Virus dienen. Wir nutzen dafür jedoch Polymere. Diese legen sich wie eine schützende Hülle um den Fahrgast, das Genmaterial. Mit Hilfe von Gen-Taxis lässt sich das Erbgut von Zellen verändern, sie können neue Funktionen einbringen oder bestehende ausschalten.
© Anja Träger
Wie sehen Ihre Taxis aus?
Man kann sie sich als winzige Kugeln vorstellen, manche sind eher wurmartig. Sie bestehen aus bis zu mehreren tausend Polymeren mit einem Durchmesser um die 100 Nanometer. Das ist etwa 500-mal dünner als ein menschliches Haar.
Wie gelangen die Genschnipsel in so einen Nanotransporter?
Die genetischen Informationen sind in Nukleinsäuren, also DNA oder RNA gespeichert. Diese Biomoleküle besitzen verschiedene chemische Gruppen. Wir nutzen einen negativ geladenen Abschnitt, die Phosphatgruppe, um die Nukleinsäure an unsere positiv geladenen Polymere zu binden. Außerdem fügen wir weitere Gruppen mit zusätzlichen chemischen Eigenschaften hinzu, die die Transporter vor dem Immunsystem tarnen. Sie würden sonst vor Erreichen des Ziels beseitigt. In die einzelnen Polymere können wir zudem Sequenzen einbauen, die es dem Körper erleichtern, die Gen-Taxis nach ihrer »Fahrt« abzubauen.
Könnten die Taxis auch andere Fracht transportieren?
Im Prinzip ja. Zum Beispiel werden sie oft genutzt, um klassische Wirkstoffe zu transportieren, die nur in ganz bestimmte Zellen gelangen sollen, oder solche, die der Körper andernfalls schlecht aufnehmen würde.
Wie finden die Polymere ans Ziel?
Das ist tatsächlich eine große Herausforderung. Die Nanotransporter dürfen die genetischen Informationen nicht wahllos in alle Zellen einschleusen. Wir statten unsere Gen-Taxis daher mit Zieleinheiten aus. Das sind Moleküle, die ausschließlich von bestimmten Zellen erkannt werden, nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip.
Was sollen Ihre Gen-Taxis zukünftig leisten können?
Unser Ziel ist es, effiziente, gut verträgliche und stabile Nanotransporter herzustellen, um damit Krankheiten zu behandeln. Sie könnten unter anderem beschädigte Zellen reparieren oder das Immunsystem unter – stützen. Ein aktuelles Beispiel ist etwa die Entwicklung von RNA-basierten Impfungen, die man auch im Kampf gegen Covid-19 nutzen will. Die RNA eines solchen Impfstoffs enthält Informationen, die die körpereigene Immunabwehr auf den Kampf gegen den Erreger vorbereitet. Dazu muss die RNA in unsere Immunzellen eingeschleust werden. Hier könnten Gen-Taxis helfen.
Precision Cell Therapy, analog zu Precision Farming, könnte tatsächlich Wunder bewirken. Nur gerade Krebszellen abtöten oder nur gerade seneszente Zellen (halbtote Zellen, die Alterungsvorgänge begünstigen) eliminieren ohne den übrigen Körper zu beinträchtigen, das ist sicher höchst erstrebenswert, funktioniert aber nur wenn das Nanotaxi über die richtigen Sensoren verfügt – und zudem bei seinem Ziel ankommt.
Überhaupt muss ein Nanotaxi, das den Körper mit all seinen unterschiedlichen Geweben, Körperflüssigkeiten, Zellen, aktiven und passiven Biosubstanzen, befährt, in höchstem Masse robust und (im übertragenen Sinne) immun gegen alle möglichen Substanzen und Abbauprozesse sein. Polymere, diese kleinen Wunder an Flexibilität können da sehr hilfreich sein, denn sie können massgeschneidert werden.
Take-Home Message: Gib mir ein Materialproblem und ich schaffe dir das Polymer, dass dieses Problem löst. Polymere sind die Antwort auf vieles (wenn auch nicht alles).