Akustisch angetriebene Nanotransporter für die Krebstherapie

    14. Februar 2018, 09:00
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    Ein aktives Liefersystem aus Gold-Nanodrähten bringt den Cas9-sgRNA-Komplex per Ultraschall-Antrieb ans Ziel

    San Diego – Für die Krebsforschung ist der Komplex Cas9-sgRNA ein außerordentlich machtvolles Werkzeug. Damit können Wissenschafter beispielsweise Tumorgene gezielt verändern. Eine Hürde stellte es bisher allerdings noch dar, den Komplex schnell und in größerer Zahl durch die Zellmembran zum Genom der Krebszelle zu bringen. Ein internationales Team hat nun einen aktiven Nanomotor entwickelt, der das Genschneidesystem zielsicher in der Zelle absetzt. Angetrieben wird der Nanotransporter durch Ultraschall.

    Die gezielte Veränderung von Genen gilt als hochinteressante Option für die Krebstherapie, besonders, seit man kurz nach der Jahrtausendwende das adaptive bakterielle Immunabwehrsystem namens CRISPR und ihr Potenzial als Genschneidemaschinerie entdeckt hatte. Während die heute benutzten CRISPR-Systeme zur Genveränderung das Genom bereits mit chirurgischer Effizienz schneidet, ist der Transport dieses großen Komplexes von außen in die Zelle und zum Zielgenom nach wie vor schwierig.

    Ultraschall-angetriebene Gold-Nanodrähte

    Im Fachjournal "Angewandte Chemie" schlagen Liangfang Zhang und Joseph Wang von der University of California in San Diego und ihre Kollegen jetzt als aktiven Transporter Ultraschall-angetriebene Gold-Nanodrähte vor. Diese sollen den Cas9-sgRNA-Komplex nicht nur über die Zellmembran transportieren, sondern ihn in der Zelle auch zielgenau freisetzen.

    Gold-Nanodrähte können eine Membran zwar durch Diffusion passiv überwinden. Eine aktive Beschleunigung durch einfache Ultraschallbehandlung ist jedoch durch die gegebene Asymmetrie ebenfalls möglich, wie die Autoren darlegen. "Die asymmetrische Form des Gold-Nanodraht-Motors, die im Herstellungsprozess angelegt wird, ist wesentlich für den akustischen Vortrieb", so die Forscher. Den vollständigen Transporter setzten sie zusammen, indem sie den Cas-9-Protein/RNA-Komplex durch Sulfidbrücken am Gold-Nanodraht befestigten.

    Lösliche Schwefelbindung

    Schwefelbindungen für die Verknüpfung von Motor und Ladung haben den Vorteil, dass diese Bindung in der Tumorzelle durch Glutathion wieder aufgebrochen wird. Dieses kleine Peptid kommt als natürliche reduzierende Substanz in Tumorzellen besonders häufig vor. Es löst die Bindung des Cas9-sgRNA-Komplex zum Transporter-Draht, und der freigesetzte Komplex kann im Genom seine Funktion ausüben, zum Beispiel ein Gen ausschalten.

    In ihrem Testsystem beobachteten die Wissenschafter die Ausschaltung der Fluoreszenz von B16F10-Melanomzellen mit exprimiertem grünen fluoreszierenden Protein. Eine fünfminütigen Ultraschallbehandlung reichte, um den Nanomotor mit dem Cas9-sgRNA-Komplex in die Zelle eindringen zu lassen. Die Fluoreszenz wurde schon bei winzigsten Konzentrationen des Schneidekomplexes durch die Genausschaltung schnell und effektiv ausgelöscht. Ein akustischer Nanomotor als aktiver Transporter für die Gentherapie, und das bei geringsten Mengen an Schneideenzym, ist ein bemerkenswertes Ergebnis, das in die Zukunft weist, meinen die Wissenschafter. (red, 14.2.2018)

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