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Neuartige Nanopartikel zur effizienten und sicheren Interaktion mit Zellen und Viren

 

Francesco Stellacci und sein Team entwickelten Nanopartikel, die auf ähnliche Weise wie Viren in Zellen eindringen können. Sie wollen damit zeigen, dass dank diesem Aufnahmemechanismus die toxische Wirkung der Nanopartikel auf Zellen reduziert werden kann. Damit könnten künftig solche Nanopartikel in der Medizin genutzt werden, um Wirkstoffe effizient und sicher direkt an ihren Wirkungsort zu transportieren.

Hintergrund (abgeschlossenes Forschungsprojekt)

Viren sind darauf spezialisiert, in Zellen einzudringen, ihr genetisches Material einzubringen und damit Funktionen der Zellen für ihre eigenen Zwecke zu beeinflussen. Mit seinem Forschungsteam setzte sich Francesco Stellacci zum Ziel, Nanopartikel zu entwickeln, welche die Eigenschaften von Viren imitieren und so als sichere, effiziente Wirkstoffüberträger genutzt werden können. Herkömmliche Nanopartikel gelangen in die Zelle, indem sie von den Zellen sozusagen geschluckt werden. Die Nanopartikel werden dabei von der Zellmembran umschlossen und liegen dann in der Zelle eingeschlossen in sogenannten Endosomen vor. In den Endosomen kommt es zu chemischen Reaktionen und die Nanopartikel setzen Ionen frei, die auf die Zellen eine toxische Wirkung haben können. Um diesen Mechanismus zu umgehen, entwickelten Francesco Stellacci und sein Team Nanopartikel, welche die Zellmembran wie Viren durchdringen und dadurch in der Zelle frei, ohne Endosomen, vorliegen. Sie untersuchten die Aufnahmewege dieser Nanopartikel in die Zellen im Detail, beobachteten wie die Nanopartikel in der Zelle mit Proteinen interagieren und analysierten ihre Kapazität, Stoffe in die Zellen zu transportieren.

Resultate

Das Team von Francesco Stellacci entwickelte und charakterisierte neuartige Nanopartikel, die aus einem Metallkern bestehen, der von organischen Molekülen ummantelt ist. Sie konnten zeigen, dass die neu entwickelten Nanopartikel die Zellmembran durchdringen, ohne dass sie von der Zellmembran umschlossen werden und damit im Zellinneren frei, ohne Endosomen vorliegen. Tatsächlich wurde durch diesen Aufnahmemechanismus die toxische Wirkung der Nanopartikel auf die Zellen reduziert. Die Nanopartikel wurden mit kleinen Molekülen beladen, die mit den Partikeln effizient in die Zelle geschleust werden konnten. In einem zweiten Teil der Experimente modifizierten die Forscher gezielt die Oberfläche der Nanopartikel. Damit konnten sie die Interaktion der Partikel mit Proteinen verändern und so Wirk- oder Aufnahmemechanismen der der Nanopartikel gezielt steuern. Weiter testeten die Forscher die Wechselwirkung der Nanopartikel mit Viren und fanden, dass sie zum Teil virale Infektionen hemmen können.

Bedeutung

In diesem Projekt wurden Nanopartikel entwickelt, die dank reduzierten toxischen Nebenwirkungen und dank optimalen Wechselwirkungen mit Zellproteinen ein grosses Potenzial für die Medizin entwickeln könnten. Sie eignen sich ideal um Wirkstoffe effizient zu transportieren oder um virale Infektionen zu hemmen. Die Erkenntnisse aus diesem Projekt liefern wertvolles Basiswissen für die Weiterentwicklung verschiedenster Ansätze der Pharmakotherapie.

Originaltitel

Novel NPs for Efficient and Safe Drug Delivery

Projektleitung

  • Prof. Francesco Stellacci

 

 

Weitere Informationen zu diesem Inhalt

 Kontakt

Prof. Francesco Stellacci Laboratoire des nanomatériaux supramoléculaires et interfaces
EPFL - STI – IMX- SUNMIL
Bâtiment MXG / 030
Station 12
1015 Lausanne +41 21 693 73 95 francesco.stellacci@epfl.ch