Gesundheit

Innovative Krebsbekämpfung: Nanoroboter schnüren Tumoren die Luft ab

Nicolas Meudt Autor, Hemd & Hoodie

Forscher haben winzig kleine Nanoroboter entwickelt, die gezielt nach Krebsgewebe suchen und dessen Blutversorgung unterbrechen.

Im Film „Die phantastische Reise“ wird ein U-Boot samt Besatzung auf Mikrobengröße verkleinert und mittels einer Spritze in die Blutbahn eines Patienten injiziert. Im Körper angekommen, begibt es sich zielstrebig auf den Weg ins Gehirn. Dort entfernt die Mannschaft in einer komplizierten Operation ein Blutgerinnsel, dem auf konventionelle Weise nicht beizukommen ist.

Auch ein gutes halbes Jahrhundert nach der Veröffentlichung des Oscar-prämierten Films ist das beschriebene Szenario noch Science-Fiction. Jedoch arbeiten Forscher auf der ganzen Welt an Nanorobotern, die im menschlichen Körper ganz ähnliche Dienste verrichten, etwa das Stoppen innerer Blutungen oder das Öffnen blockierter Arterien. Diverse Experten gehen sogar davon aus, dass Nano-Technologien bereits in einigen Jahren helfen könnten, Alterungsprozesse zu verlangsamen.

Nanoroboter suchen für Krebs typischen Eiweissbaustein

Eine spezielle Form von Nanorobotern sind „DNA-Origami“. Bei diesem werden die Bausteine des Erbguts genutzt, um winzige Gebilde zu erzeugen, die selbständig vorprogrammierte Missionen erfüllen. Großes Potenzial sehen Mediziner insbesondere im Kampf gegen Krebs. Hier könnten die Mini-Maschinen beispielsweise helfen, betroffene Stellen im Körper ausfindig zu machen und diese sodann zu attackieren. Problematisch war bislang allerdings die fehlende Präzision: Denn für einen sinnvollen Einsatz muss gewährleistet sein, dass die Nanopartikel nur dort aktiv werden, wo sie es tatsächlich sollen.

Die Nanoroboter bestehen aus DNA-Origami-Stücken, dem Blutgerinnungsenzym Thrombin sowie speziellen Erkennungsadaptern. Bild: Arizona State University – Biodesign Institue – (Montage)

Erfolgreichen Versuchen zufolge erfüllt die Entwicklung eines internationalen Forscherteams nun diese Bedingung. „Wir haben das erste vollständig autonome DNA-Robotersystem für ein sehr präzises Wirkstoffdesign und eine zielgerichtete Krebstherapie entwickelt “, so Hao Yan, einer der beteiligten Wissenschaftler. Ihr Ziel finden die Roboter demnach mithilfe spezieller Erkennungsadapter, die sich nur an einen für Krebs typischen Eiweißbaustein anheften: Nucleolin, das in Blutgefäßen von Tumoren vorkommt. Da diese prinzipiell immer gleich sind, geht Yan davon aus, dass seine Technologie im Kampf gegen viele Arten von Krebs eingesetzt werden kann.

Thrombin löst Blutgerinnsel aus

Für die Entwicklung ihrer molekularen Maschinen erzeugen die Forscher zunächst flache, rechteckige DNA-Origami-Stücke von 90 mal 60 Nanometer Größe. An diesen befestigen sie das Blutgerinnungsenzym Thrombin und rollen die Stücke – ähnlich wie einen Bogen Papier – zu Röhren. Gelangen die Nanogebilde nun über den Blutkreislauf in ein Tumor-Blutgefäß, heften sie sich mit den Erkennungsadaptern an dessen Oberfläche. Durch diesen Vorgang wird ein Mechanismus ausgelöst, der das Röhrchen entfaltet. So wird das Thrombin wieder freigesetzt, was die Bildung eines Blutgerinnsels zur Folge hat. Ähnlich wie bei einem Herzinfarkt wird das Äderchen dadurch blockiert und das Krebsgewebe von der Versorgung abgetrennt.

Zusammengerollt gelangen die Nanaoroboter über den Blutkreislauf in die Blutgefäße von Tumoren. Bild: Arizona State University – Biodesign Institue – (Montage)

Zwar sind noch viele weitere Untersuchungen notwendig, bis die Nanoroboter tatsächlich flächendeckend im Kampf gegen Krebs eingesetzt werden können. Laut Yan sind sie jedoch bereits nah an realen, praktischen medizinischen Anwendungen. „Die Kombinationen verschiedener rational gestalteter Nanoroboter mit verschiedenen Wirkstoffen könnten helfen, das ultimative Ziel der Krebsforschung zu erreichen: die Ausrottung von soliden Tumoren und vaskularisierten Metastasen“, so der Wissenschaftler. Zudem könnten die DNA-Origami-Stücke durch Modifikationen – etwa durch den Einsatz anderer Erkennungsadapter oder Ladungen – auch für die Behandlung von Entzündungen oder weiterer Krankheiten eingesetzt werden.

Cover-Foto: Arizona State University – Baoquan Ding and Hao Yan(montage)

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