Süße Nanopartikel tricksen die Niere aus

In den vergangenen zehn Jahren konnte die Nanomedizin dazu beitragen, Krebserkrankungen besser zu erkennen und zu behandeln. Da Nanopartikel mehrere 100-mal kleiner sind als das kleinste Sandkorn, können sie im Blutkreislauf leicht zum Tumor gelangen. Sie sind jedoch zu groß, um von den Nieren entfernt zu werden. Da mehrere Dosen von Nanopartikeln notwendig sind, um einen Tumor zu behandeln, können sich diese deshalb mit der Zeit in der Niere anreichern und dort irreversible Schäden verursachen. In einer in der Fachzeitschrift Biomaterials veröffentlichten Studie präsentieren Materialwissenschaftlerinnen und -wissenschaftler der Universität Freiburg unter der Leitung von Prof. Dr. Prasad Shastri vom Institut für Makromolekulare Chemie nun eine natürliche Lösung für dieses Problem: Sie bauten Nanopartikel mit dem Kohlenhydrat Polysaccharide, wodurch die Partikel die Niere verließen und ausgeschieden wurden.

Die Freiburger Forschenden untersuchten Viren wie das Herpes-simplex-Virus-1 und das Cytomegalovirus, die trotz ihrer im Vergleich zu Nanopartikeln großen Größe die Nierenkörperchen passieren können. Shastri und sein Team stellten fest, dass beide Viren Zuckermoleküle auf ihrer Oberfläche aufweisen. Angeregt durch diese Beobachtung konstruierten die Wissenschaftler Nanopartikel, die Polysaccharide enthalten. Diese Kohlenhydrate kommen in der menschlichen Gewebeumgebung häufig vor. Das Team untersuchte mit einer Echtzeit-Bildgebungstechnik, die sie in ihrem Labor etabliert haben, in einem Mausmodell, wie sich die Polysaccharide anlagerten und dort entwickelten. Dabei beobachteten sie, dass die mit Polysacchariden versehenen Nanopartikel leicht durch die Niere hindurchgehen und innerhalb weniger Stunden, nachdem sie intravenös verabreicht worden waren, mit dem Urin ausgeschieden werden. Entscheidend für die Forschenden war, dass die Nanopartikel weiterhin wie gewollt wirkten und die Tumore angriffen.

„Die Fähigkeit, Tumoranreicherung und Reinigung der Nieren in demselben Nanopartikel zu kombinieren, stellt einen Wendepunkt dar, um Nanomedizin sicher zu verabreichen", sagt Shastri. „Unser von der Natur inspirierter Ansatz ermöglicht, die Nierenumgebung so auszutricksen, dass sie Nanopartikel durchlässt", fügt Dr. Melika Sarem hinzu, die an der Studie mitgearbeitet hat.

Prasad Shastri ist Professor für Biofunktionale Makromolekulare Chemie am Institut für Makromolekulare Chemie und Professor für Cell Signalling Environments im Exzellenzcluster BIOSS Centre for Biological Signalling Studies und an der Universität Freiburg.

Originalpublikation:

Wyss, P. P., Lamichhane, S. P., Abed, A., Vonwil, D., Kretz, O., Huber, T. B., Sarem, M., Shastri, V. P. (2020): Renal clearance of polymeric nanoparticles by mimicry of glycan surface of Viruses. In: Biomaterials 230 (2020) 119643. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2019.119643