Nanomedizin – David gegen Goliath

 

Nanodiagnostik – das Unsichtbare sichtbar machen

Eine weitere interessante Anwendungsmöglichkeit der Nanotechnologie offenbart sich im Bereich der Diagnostik. Mithilfe des sogenannten „Magnetic Particle Imaging“ (MPI) können Herz und Blutgefäße sozusagen „live“ bei der Arbeit gefilmt und genauestens studiert werden. Es lassen sich Echtzeit-Bilder des Blutflusses und der Pumpbewegung des Herzens erzeugen.

Herzmuskelschwäche oder verkalkte Arterien können so non-invasiv und innerhalb kürzester Zeit vom Arzt aufgespürt werden. Zudem kann man auch Tumorgewebe mit Erkennungsmolekülen aufspüren und genau lokalisieren. 2015 wurde das erste MPI-Gerät an der Charité in Berlin eingeweiht. Auch hier kommen magnetische Eisenoxid-Nanopartikel zum Einsatz, die dem Patienten als Kontrastmittel gespritzt werden.

Das neue Bildgebungsverfahren funktioniert anders als die verbreitete Magnetresonanztomografie (MRT), obwohl beide Geräte ähnlich aussehen: Röhren, in denen der Patient verschwindet. Doch während im MRT ein statisches Magnetfeld herrscht, wirkt in MPI-Geräten ein magnetisches Wechselfeld. Es lässt die Eisenoxidmagnete im Blut schwingen und das kann aufgezeichnet werden. Da das Kontrastmittel in den Gefäßen und durch das Herz zirkuliert, werden diese indirekt mitgefilmt.

MPI – Die Diagnostik der Zukunft?

Dies bietet zahlreiche Möglichkeiten für die Therapieplanung der Zukunft. Onkologisch lässt sich beispielsweise durch die Messung des Blutvolumens eine Aussage über das Tumorvolumen treffen und somit auch über den Erfolg einer Therapie. Daneben gibt es Ansätze die verwendeten Eisenoxid-Nanopartikel mit speziellen Molekülen zu versehen, die für eine gezielte Anreicherung in einem Zielgewebe sorgen und so beispielsweise eine Detektion von krankhaften Veränderungen erlauben.

Darüber hinaus kann MPI auch in der Neurologie Anwendung finden, wo eine genaue Kenntnis des Flussverhaltens des Blutes in einer Gefäß-Aussackung helfen könnte Gefäßprothesen optimal zu platzieren. Seit 2010 forscht eine große deutsche Firma außerdem an der Entwicklung eines Ganzkörper-MPI, um noch breitere Anwendungen im klinischen Alltag zu ermöglichen.

Man arbeitet inzwischen auch daran Nanotherapie und –diagnostik miteinander verschmelzen zu lassen. So könnten jene Partikel, die den Tumor anzeigen, das Geschwür dann nachträglich mittels Hyperthermie aufheizen und helfen, es zu besiegen. Die Kombination könnte sich in Zukunft als wahrer Krebskiller herausstellen.

Zu Risiken und Nebenwirkungen…

An all den unterschiedlichen Einsatzorten könnten die kleinen Nano-Zwerge in Zukunft Großes bewegen. Doch klingt es nicht zu schön, um wahr zu sein? Jedes Medikament und jede Therapie hat bestimmte Risiken und Nebenwirkungen. Was für Gefahren birgt also die Nanomedizin?

Nanopartikel sind im Alltag grundsätzlich nichts Neues, da sie in der Natur seit jeher durch verschiedene Verbrennungsprozesse in der Luft vorkommen und im Grunde alles auf Nano-Teilchen aufgebaut ist. Aber man sollte wissen, dass sich Nanomaterialien in ihren physikalisch-chemischen Eigenschaften wie zum Beispiel der Leitfähigkeit, Festigkeit oder Löslichkeit sehr häufig von größeren Teilchen des gleichen Stoffes unterscheiden.

Da man die neuartigen Charakteristika der nanoskaligen Partikel oft noch nicht kennt bzw. in ausreichendem Maße studiert hat, weiß man nicht welche Auswirkungen sie auf den menschlichen Körper haben oder in Zukunft haben könnten. Somit ist bei neuen nanomedizinbasierten Diagnostika und Therapien immer eine gewisse Vorsicht und genaue Beobachtung geboten.

Heilung oder Schädigung des Körpers?

Die Risikoforschung im Bereich der Nanotechnologien ist ein stark wachsendes Gebiet. Manche Kritiker behaupten, dass bestimmte Nanomaterialien, die in Konsumgütern wie beispielsweise Nano-Imprägniersprays, Kosmetika, Sonnenschutzmittel oder Auto-Katalysatoren verwendet werden, Entzündungen und Krebs hervorrufen, Organe und das Erbgut schädigen oder sich im Körper anreichern könnten.

Vor allem von freien, nicht gebundenen Nanopartikeln seien ihrer Meinung nach gesundheitliche Risiken zu befürchten. Aufgrund ihrer kleinen Größe wären sie besonders mobil und könnten leicht in den Körper, in den Blutkreislauf und in die Organe gelangen. Sie könnten oft sogar körpereigene Schutzbarrieren wie die Blut-Hirn-Schranke überwinden. Ihre große Oberfläche bewirkt eine hohe chemische Reaktivität, was zu einer hohen Giftigkeit führen könne.

Manche wissenschaftliche Studien unterstellen auch den in der Nanomedizin verwendeten Materialien eine potentiell gesundheitsgefährdende Wirkung. Nano-Silber beispielsweise führte im Tierversuch bei Aufnahme über die Atemluft zu Schädigungen der Lunge. Bei Versuchen an Zellkulturen wirkten Nano-Silber-Partikel giftig auf Stammzellen von Mäusen sowie Gehirn- und Leberzellen von Ratten.

Kritische und zugleich realistische Einschätzung nötig 

Die toxische Wirkung ist wohl richtig, dennoch sollte man aber auch bedenken, dass das Nano-Silber in beschichteten Materialen fest gebunden ist und es wohl kaum zu einer freien Aufnahme über die Atemluft kommt. Die Gefahr bei der breiten Anwendung von Nano-Silber in Alltagsprodukten ist eher, dass gefährliche Erreger Resistenzen gegenüber Silber entwickeln und damit der Einsatz von Silber als natürliches Breitband-Antibiotikum im medizinischen Bereich gefährdet wird.

Auch den Kohlenstoff-Nano-Kapseln (Fullerenen) wird in einigen Versuchen eine gefährliche Wirkung unterstellt. Schon in geringen Dosen würden sie sich als giftig für menschliche Leberzellen erweisen. In weiteren Versuchen würden sie das Gehirn von Fischen schädigen und tödlich auf Wasserflöhe wirken. Sie könnten leicht vom Körper aufgenommen werden und auch gesunde Haut passieren. Trotzdem ist eine toxische Wirkung der in der Therapie verwendeten Fullerene auf den menschlichen Körper nicht bestätigt worden.

Man sollte auch immer bedenken, dass jedes Medikament und jede medizinische Therapie im Grunde auf Nanotechnologie basiert, denn der Mensch ist durch molekulare Geschehen geprägt, auf deren Ebene man eingreift. Jede Tablette Aspirin, die man schluckt, basiert schon auf nanoskaligen Teilchen, die im Nanobereich des Körpers wirken.

Deswegen sollte man bei der Bewertung solcher Studien vorsichtig sein und im Hinterkopf behalten, dass im Prinzip alles „nano“ ist, was wir zu uns nehmen und unser Körper schon seit Jahrtausenden mit solch kleinen Teilchen wunderbar zurecht kommt. Um auf den Markt zu gelangen, müssen die nanomedizinischen Substanzen außerdem dieselben umfangreichen Sicherheitsprüfungen bestehen wie herkömmliche Medikamente und Medizinprodukte auch, sodass wir bei zugelassenen Nano-Medikamenten zunächst einmal wenig zu befürchten haben werden.

Alles nano oder was?

Im Medizinstudium wird man heutzutage eher selten mit Nanomedizin konfrontiert. Dies kann sich in Zukunft aber ändern, vor allem wenn es immer mehr Fortschritte in Nano-Therapie und -Diagnostik gibt. Wir haben zwei Medizinstudenten getroffen, die sich jetzt schon Gedanken über die junge Richtung der Medizin gemacht haben.

“Das Potential der Nanomedizin mit all ihren Anwendungsmöglichkeiten ist groß”

Adrian Zerpich, der im vierten Semester in München studiert, ist momentan noch eher skeptisch gegenüber der Nanomedizin eingestellt: „Das Blaue vom Himmel sollte man sicherlich nicht erwarten. Von heute auf morgen geht nichts. Ja, das Potential der Nanomedizin mit all ihren Anwendungsmöglichkeiten ist groß. Aber vieles wird wohl, wie es in der Medizin bei neuen Entwicklungen öfter das Fall ist, an der Rentabilität scheitern.

Die meisten nanomedizinischen Projekte befinden sich noch im Stadium der Grundlagenforschung. Eine Hyperthermie-Behandlung, wie sie die Firma MagForce durchführt, beläuft sich momentan auf Kosten bis zu 15.000 € pro Sitzung. Und solche Therapieformen, werden nur in seltenen Fällen von Krankenkassen übernommen. Bis man wirkliche Erfolge der Nanomedizin sehen wird, werden bestimmt noch Jahre vergehen. Trotzdem ist das Gebiet sehr spannend und sollte definitiv weiterverfolgt werden.“

“Man hofft auf die drei G’s in der Forschung: Glück, Geld und Geduld”

Elisa Rohbauer, die in Erlangen studiert, erzählt uns, dass an ihrer Uni Nanomedizin sogar als Wahlfach angeboten wird: “Prof. Dr. Christoph Alexiou, Leiter der Sektion für experimentelle Onkologie und Nanomedizin der HNO-Klinik, stellt dabei neue Ansätze in der Tumortherapie vor. Von dem, was ich bisher gelernt habe, stehen uns in der Nanomedizin wohl noch einige bedeutende Erfolge bevor. Eisenhaltige Nanopartikel und fokussierte Magnetfelder könnten in Zukunft die Behandlung von Krebspatienten deutlich verbessern und gleichzeitig die Nebenwirkungen der Chemotherapie eliminieren und somit auch Kosten im Gesundheitswesen reduzieren.

Bis diese Technik zur Anwendung kommt wird wohl noch einige Zeit vergehen, aber erste Tierversuche des Lehrstuhls zeigen bereits große Wirksamkeit. Ich habe vor in diesem Gebiet meine Doktorarbeit zu schreiben. Man kann hier noch so viel entdecken und entwickeln. Die bisherigen Verfahren müssen verbessert und für die Anwendung am Menschen optimiert werden. Da steckt noch so viel Potential drin, man muss es nur ausschöpfen. Wie Prof. Alexiou immer sagt: man hofft auf die drei G’s in der Forschung: Glück, Geld und Geduld.“

Zukunftsmusik

In Wien kann man sogar seit 2011 den Masterstudiengang NanoBiosciences & NanoMedicine belegen. Eine Kooperation zwischen den drei Universitäten Donau-Universität Krems, TU Wien und Universität für Bodenkultur Wien bietet das Masterstudium auch begleitend zum Medizinstudium an. Es vermittelt den Studierenden Basiswissen auf den Gebieten der Biophysik, Biochemie, molekularen Genetik, Mikrobiologie und Molekularbiologie. Außerdem werden revolutionäre Ansätze für Tumortherapie, „Drug-Delivery“ Systeme, Tissue Engineering, Bioverträglichkeit von Materialen, Sensorik und Anwendungen nanoanalytischer Methoden in der Diagnostik behandelt.

Im Studiengang werden ebenso die Risiken der Nanotechnologie thematisiert und kritisch betrachtet. Man sollte über gute Englischkenntnisse, Forschergeist und Interesse an nanomedizinischen Themen verfügen. Die Einrichtung erster Studiengänge zur Nanomedizin zeigt wie gefragt das Thema derzeit ist. Nun will man auch schon studentischen Nachwuchswissenschaftlern umfassendes, interdisziplinäres und praxisorientiertes Spezialwissen zu dem Gebiet vermitteln. Die Nanotechnologie wird von vielen Experten als eine der Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts gesehen. Hoffen wir, dass sie auch die Medizin revolutionieren wird.

 

Weiterführende Links:

 

Artikel von 2014, aktualisiert 2017. 

    Veröffentlicht von

    Marlene Heckl ist Medizinstudentin im letzten Studienjahr an der Technischen Universität München. Nebenbei promoviert sie an der Ludwig-Maximilians-Universität über den Einfluss von Tumorsuppressorgenen bei Ovarial- und Endometriumskarzinomen. Seit 2012 schreibt sie über medizinische und wissenschaftliche Themen, die ihr am Herzen liegen. Anfangs erschienen ihre Beitrage bei medizinischen Portalen wie DocCheck und Thieme, 2016 folgte dann ihr eigener Blog Marlenes Medizinkiste, der nun auch bei den SciLogs zu finden ist.

    8 Kommentare Schreibe einen Kommentar

    1. Fehlt nur noch der Nano-Doktor! Na vielleicht als Nanopartikel, die frei im Blut zirkulieren und bei Bedarf beispielsweise Insulin abgeben. Der Patient bekäme dann alle 2 Monate eine neue Injektion oder könnte die Nanopartikel gar schlucken.

      Sehr umfangreicher Artikel. Ein wichtiges Problem wird auch angesprochen. Es gibt zunehmend potente Medizintechnik, die aber oft so teuer ist, dass ein Allgemeineinsatz rein schon aus Kostengründen nicht in Frage kommt. Gerade kürzlich las man über eine neu eingeführte Gentherapie: New Gene-Therapy Treatments Will Carry Whopping Price Tags (Zitat, übersetzt von google translate):

      Die Behandlung, Kymriah, von Novartis, ist spektakulär wirksam gegen eine seltene Form von Leukämie und bring Remissionen, wenn alle herkömmlichen Optionen gescheitert sind. Es kostet $ 475.000.

    2. Zu Risiken und Nebenwirkungen… von Tatoo-Nanopartikeln gilt scheinbar: Nanoparticles from tattoos circulate inside the body, study finds
      Vor allem in den benachbarten Lymphknoten landen Nanopartikel von Hauttatoos und damit auch die Elemente, die sich in den verwendeten Farben befinden. (Zitat, google translate)

      Die meisten Tattoo-Tinten enthalten organische Pigmente, aber auch Konservierungsmittel und Verunreinigungen wie Nickel, Chrom, Mangan oder Kobalt. Neben Ruß ist die zweithäufigste Zutat, die in Tätowierungstinten verwendet wird, Titandioxid (TiO2), ein weißes Pigment, das gewöhnlich angewendet wird, um bestimmte Farbtöne zu erzeugen, wenn es mit Farbstoffen gemischt wird. TiO2 wird auch häufig in Lebensmittelzusatzstoffen, Sonnenschutzmitteln und Lacken verwendet. Verzögerte Heilung, zusammen mit Hauthöhe und Juckreiz, sind oft mit weißen Tattoos verbunden, und folglich mit der Verwendung von TiO2.

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