BioTech
Sphärische Nukleinsäuren verbessern die Chemotherapie-Verabreichung dramatisch.
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Nanotechnologiegestützte therapeutische Verabreichung bei Krebs
Unser Verständnis von Krebs hat sich in den letzten Jahrzehnten enorm weiterentwickelt, was zur Entdeckung verschiedener Moleküle geführt hat, die Krebszellen abtöten können. Das Problem ist jedoch, dass Krebszellen weiterhin Teil des Körpers sind, selbst wenn sie sich abnormal verhalten und letztendlich die übrigen Zellen zerstören.
Das bedeutet, dass dieselben Medikamente, die Krebszellen abtöten, auch für die übrigen Körperzellen sehr giftig sein können. Hinzu kommt, dass die Stoffwechsel- und Genanomalien von Krebszellen häufig deren Aufnahme jener Substanzen behindern, die gegen sie wirksam sind.
Aus diesen beiden Gründen kann die Art und Weise, wie die Krebsmedikamente zu den Krebszellen gelangen, genauso wichtig, wenn nicht sogar wichtiger sein als die Wirksamkeit des Medikaments selbst. Dadurch werden nicht nur Nebenwirkungen reduziert, sondern die Behandlung ist auch wirksam genug, um dem Patienten zu helfen.
Eine präzise Zielsteuerung ist auch wichtig, um das Risiko eines Wiederauftretens des Krebses zu verringern, da eine höhere Effizienz bedeutet, dass weniger Krebszellen vor der Behandlung "verstecken" können.
Eine besonders vielversprechende Verabreichungsmethode nutzt sphärische Nukleinsäuren (SNAs), eine neue Art von Nanomolekülen, die vom Körper gut vertragen werden. Forscher der Northwestern University konnten kürzlich zeigen, dass SNAs die Wirksamkeit eines Leukämie-Medikaments deutlich steigern können.
Sie veröffentlichten ihre Ergebnisse in ACS Nano1, unter dem Titel "Chemotherapeutische sphärische Nukleinsäuren".
Herausforderungen bei der Verabreichung von Krebsmedikamenten
Der deutliche Anstieg der Überlebensrate bei Krebs in den letzten zwei Jahrzehnten ist größtenteils auf verbesserte Verabreichungssysteme für Krebstherapien zurückzuführen. So haben sich beispielsweise Antikörper, insbesondere monoklonale Antikörper, zu einer der besten Therapieoptionen für viele Krebsarten entwickelt.
Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung eines passiven Wirkstoff-Targeting-Systems, bei dem Biomoleküle oder Nanopartikel gezielt auf die Krebszellen ausgerichtet werden.
Quelle: MDPI
Während Antikörper in den vergangenen Jahren im Mittelpunkt der Onkologie standen, stellt die Nanotechnologie eine aufstrebende Alternative dar. Hierbei kommen speziell entwickelte Nanopartikel zum Einsatz, die sich direkt an Krebszellen anlagern und die Chemotherapie durch die Zellmembran hindurch transportieren können.
Quelle: MDPI
Sphärische Nukleinsäuren (SNAs)
Die Forscher dieser Studie verwendeten liposomale sphärische Nukleinsäure-Konstrukte (SNA). Diese bestehen aus einem Nanopartikelkern, der von einer Hülle aus einer dicht gepackten, hochgradig orientierten Anordnung von Nukleinsäuren umgeben ist.
Quelle: Natur
SNAs wurden erstmals 1996 von Chad Mirkin entwickelt. Northwestern University, der auch der Hauptforscher dieser Studie ist.
Durch Variation der Beschaffenheit des Nanopartikelkerns (Gold, Silber, Siliciumdioxid, Liposomen, Proteine usw.) und der Sequenzen der Nukleinsäuren (DNA, RNA usw.) lassen sich viele verschiedene SNAs erzeugen.
Quelle: Cancers
Strukturelle Nanomedizin: Eine neue Ära in der Arzneimittelverabreichung
Frühere Studien ergaben, dass Zellen SNAs erkennen und in sich aufnehmen. Noch wichtiger ist, dass Krebszellen aufgrund ihrer erhöhten Aktivität SNAs deutlich häufiger einbauen als gesunde Zellen.
Die Beschaffenheit von Krebszellen selbst führt also dazu, dass sie stärker auf SNAs reagieren.
„Die meisten Zellen besitzen Scavenger-Rezeptoren auf ihrer Oberfläche. Myeloide Zellen überexprimieren diese Rezeptoren jedoch, sodass noch mehr davon vorhanden sind.“
Wenn sie ein Molekül erkennen, ziehen sie es in die Zelle. Anstatt sich gewaltsam in die Zellen hineinzwängen zu müssen, werden SNAs auf natürliche Weise von diesen Rezeptoren aufgenommen.“
Dies ist Teil des insgesamt wachsenden Gebiets der strukturellen Nanomedizin, die eine präzise strukturelle sowie kompositionelle Kontrolle nutzt, um die Wechselwirkung von Nanomedikamenten mit dem menschlichen Körper feinabzustimmen.
Derzeit befinden sich 7 SNA-basierte Therapien in klinischen Studien, nicht nur für Krebs, sondern auch für Infektionskrankheiten, neurodegenerative Erkrankungen und Autoimmunerkrankungen.
Präklinische Ergebnisse bei akuter myeloischer Leukämie (AML)
Aufbau von Chemotherapie-SNAs
Die Forscher testeten ihr liposomales SNA zur Behandlung von Leukämie. Sie verwendeten 5-Fluoruracil (5-FU), wobei die Nukleinsäurekomponente des SNA aus 10 chemisch miteinander verbundenen Einheiten von 5-Fluor-2′-desoxyuridin bestand.
Quelle: ACS-Publikationen
Die herkömmliche Chemotherapie mit 5-FU erreicht die Krebszellen oft nicht ausreichend. Sie kann zudem zahlreiche problematische Nebenwirkungen verursachen: Übelkeit, Müdigkeit und in seltenen Fällen sogar Herzversagen.
Das Problem liegt nicht nur in der Toxizität des Medikaments selbst, sondern auch darin, dass sich kaum 1 % der Behandlung im Körper auflöst. Dadurch verklumpt es oder bleibt in fester Form, und der Körper kann es nicht effizient aufnehmen.
Wir alle wissen, dass Chemotherapie oft extrem toxisch ist. Vielen ist aber nicht bewusst, dass sie auch oft schwer löslich ist. Deshalb müssen wir Wege finden, sie in wasserlösliche Formen umzuwandeln und effektiv zu verabreichen.
Die Überexpression von SNA-Rezeptoren durch myeloide Zellen (die Leukämie verursachen) bedeutet, dass selbst eine niedrigere Dosis von 5-FU die Krebszellen erreicht, während eine viel niedrigere Dosis gesunde Zellen erreicht.
Ein weiterer Vorteil ist die sehr gute Löslichkeit der Liposomen-SNAs, wodurch auch dieses Problem gelöst wird.
„Die heutigen Chemotherapeutika töten alles ab, womit sie in Kontakt kommen. Sie zerstören also die Krebszellen, aber auch viele gesunde Zellen. Unsere strukturelle Nanomedizin hingegen zielt gezielt auf die myeloiden Zellen ab.“
Anstatt den gesamten Körper mit Chemotherapie zu überlasten, liefert es eine höhere, gezieltere Dosis genau dort, wo sie benötigt wird.“
Wirksamkeitssteigerungen durch SNA-Übertragung
Die SNA-vermittelte Aufnahme von 5-FU in Zellen ist 12.5-mal höher als ohne SNA. Noch wichtiger ist, dass in einer In-vitro-Studie eine Steigerung um vier Größenordnungen (>1,000-fach) beobachtet wurde.
Bei Mäusen, die menschliche Leukämie simulieren, zeigte das Chemotherapeutikum SNA eine 59-fach höhere Antitumorwirkung als 5-FU allein. Noch wichtiger ist vielleicht, dass die Mäuse bei der Behandlung mit SNAs keinerlei Nebenwirkungen von 5-FU aufwiesen.
„An Tiermodellen haben wir gezeigt, dass wir Tumore im Keim ersticken können.“
Sollte sich dies auf Patienten übertragen lassen, wäre das ein wirklich aufregender Fortschritt. Es würde eine effektivere Chemotherapie, bessere Ansprechraten und weniger Nebenwirkungen bedeuten.“
Zum Scrollen wischen →
| Metrisch | Gratis 5-FU (Standard) | SNA-verabreichtes 5-FU (liposomales SNA) |
|---|---|---|
| Zellaufnahme (AML-Zellen) | 1× (Basislinie) | ~12.5-mal höher |
| In-vitro-Zellatötungspotenz | 1× (Basislinie) | Bis zu ~10,000-mal höher |
| Antitumorwirksamkeit bei Mäusen (AML-Modell) | 1× (Basislinie) | ~59-fach stärkere Tumorreduktion |
| Beobachtete Toxizität/Nebenwirkungen (in der Studie) | Bekannte signifikante Nebenwirkungen von 5-FU (Übelkeit, Müdigkeit, Kardiotoxizität) | In den untersuchten Parametern wurden keine offensichtlichen toxischen Wirkungen beobachtet (Mausstudie). |
Zukünftige klinische und kommerzielle Anwendungen von SNAs
SNAs entwickeln sich schnell zu einem vielversprechenden Verabreichungsmechanismus für Chemotherapeutika.
Der nächste Schritt wird wahrscheinlich darin bestehen, weitere Medikamente am selben Tiermodell zu untersuchen, um zu sehen, ob die Ergebnisse noch weiter verbessert werden können. Beispielsweise könnte ein anderes Chemotherapeutikum, das für seine Toxizitätsprobleme bekannt, aber hochwirksam bei der Abtötung von Zellen ist, durch SNAs verträglicher oder nahezu unschädlich gemacht werden und gleichzeitig seine Fähigkeit zur Abtötung von Krebszellen weiter verbessern.
Langfristig sind Studien am Menschen erforderlich, um das Potenzial dieser Technologie an realen Patienten zu evaluieren. Dies ist oft ein kostspieliger Prozess, der von Phase I (Tests an gesunden Probanden zur Feststellung der Verträglichkeit des Medikaments) bis zu Phase III (Tests an einer großen Anzahl von Krebspatienten) reicht.
Kommerzialisierung und SNA-Startups
CancerVax
Chad A. Mirkin, der leitende Wissenschaftler dieser Studie und Entdecker von SNAs, ist auch der wissenschaftliche Gründer von Flashpoint Therapeutics, ein Unternehmen, das sich der Anwendung von SNAs in der Humantherapie widmet.
Sie behaupten anhand von neun In-vivo-Studien, dass SNAs eine 35-fach verbesserte Wirkstoffaufnahme, eine 80-fach stärkere Immunaktivierung und eine 6.5-fach erhöhte Tumorzellabtötung durch T-Zellen bewirken. Die SNAs können von mehr als 60 verschiedenen Zelltypen aufgenommen werden.
Quelle: Flashpoint Therapeutics
Das Unternehmen hat eine Forschungsvereinbarung angekündigt und CancerVax, ein Unternehmen, das eine universelle Krebsbehandlungsplattform entwickelt, die das körpereigene Immunsystem zur Krebsbekämpfung nutzt.
Direkte Investitionen in CancerVax sind nur für akkreditierte Anleger möglich, aber Parallel dazu läuft eine Eigenkapitalfinanzierungsrunde über Crowdfunding, die allen Arten von Investoren offensteht, zu einem Preis von 2.1 US-Dollar pro Aktie, wodurch das Unternehmen eine Bewertung von über 80 Millionen US-Dollar erreicht.
„Die universelle Krebsbehandlungsplattform von CancerVax erfordert eine präzise Verabreichung mehrerer Komponenten, um Krebszellen effektiv zu erkennen und zu markieren.“
Unsere Technologie ist für diese Herausforderung in einzigartiger Weise geeignet und bietet die Möglichkeit, intelligente mRNA-Nutzlasten mit der Effizienz und Genauigkeit zu verpacken und zu verabreichen, die erforderlich sind, um das volle Potenzial dieses vielversprechenden Therapieansatzes auszuschöpfen.“
Neben Krebs SNAs könnten auch zur Verabreichung von CRISPR-basierten Therapien eingesetzt werden..
LNP-SNAs drangen bis zu dreimal effektiver in die Zellen ein, verursachten weniger Toxizität, steigerten die Effizienz der Genbearbeitung um das Dreifache und verbesserten präzise DNA-Reparaturen um mehr als 60 % im Vergleich zu Standard-Lipidnanopartikel-Transportsystemen.
Insgesamt haben SNAs eindeutig den Punkt erreicht, an dem sie sich aufgrund von In-vitro- und In-vivo-Tierstudien als eine sehr vielversprechende Technologie erwiesen haben und bereit sind, Anwendungen beim Menschen für Krebs, Gentherapie und andere wichtige medizinische Anwendungen zu erforschen.
Sie werden voraussichtlich auch von der Entwicklung anderer Präzisionstherapien und -technologien wie CRISPR profitieren, was das Potenzial von SNAs steigern wird.
Zitierte Studie
1. Taokun Luo, Young Jun Kim, Zhenyu Han, Jeongmin Hwang, Sneha Kumari, Vinzenz Mayer, Alex Cushing, Roger A. Romero, Chad A. Mirkin. Chemotherapeutische sphärische Nukleinsäuren. ACS NanoVol 19/Ausgabe 44. 29. Oktober 2025. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5c16609
