Durchatmen dank Nanotechnologie

Zuhause sind sie eigentlich in der Industrie, doch immer mehr erkennt auch die Medizin ihren Nutzen. Die Rede ist von winzigen Teilchen aus Eisenoxid – auch Nanopartikel genannt –, die auf äußere Magnetfelder reagieren. Die Idee dahinter: Die Winzlinge sollen mit medizinischen Wirkstoffen gekoppelt und dann durch ein äußeres Magnetfeld in eine gewünschte Region im Körper gelenkt werden. Schon jetzt werden solche Partikel zum Beispiel als Kontrastmittel verwendet, da sie sich in gesundem Gewebe stärker anreichern als in Tumorgewebe. Auch Methoden, bei denen Medikamente mit Hilfe magnetisierbarer Partikel über die Blutbahn dorthin gelangen, wo sie wirken sollen, werden zurzeit intensiv erforscht.

Doch das ist alles andere als trivial. Das Hauptproblem: Solche Partikel müssen sehr klein sein, um feine Äderchen nicht zu verstopfen. Das wiederum macht es nötig, die Stärke des Magnetfeldes zu erhöhen. Eine neue Form der magnetischen Nanotherapie könnte diesen Nachteil jedoch umgehen. Bei dieser Methode, die ein Team um den Biowissenschaftler Carsten Rudolph am Klinikum der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) zur Zeit erprobt, werden mehrere Tausend Nanopartikel zusammen mit einem medizinischen Wirkstoff in Aerosoltröpfchen eingelagert. Diese Tröpfchen können – ähnlich wie bei der Asthmabehandlung – in Form eines Sprays inhaliert werden, verteilen sich in der Lunge und sollen anschließend durch ein starkes Magnetfeld gezielt in erkrankte Regionen gelenkt werden.

Ziel dabei ist, die Konzentration eines Wirkstoffs in der Zielregion zu erhöhen, während gesunde Regionen von möglichen Nebenwirkungen verschont bleiben. „Eine solche zielgerichtete Anwendung wäre besonders bei Lungenkrebs wünschenswert“, sagt Rudolph, der die Arbeiten am Forschungszentrum der Kinderklinik durchführt. „Denn die Chemotherapie tötet häufig nicht nur die Krebszellen ab, sondern schädigt auch das umliegende gesunde Gewebe.“ Auch bei schwerwiegenden Lungenentzündungen sei der Einsatz der Nanopartikel vorstellbar, erklärt Rudolph.

Die bisherigen Untersuchungen des Forscherteams zeigen, dass die zielgerichtete Steuerung der Magnetpartikel in der Lunge prinzipiell funktioniert. Eine Computersimulation und ein Experiment mit Mäusen etwa ergaben, dass sich eine inhalierte Substanz ohne Magnetfeld gleichmäßig in der Lunge verteilt. Durch die Einwirkung eines Magneten erhöht sich dagegen die Konzentration in einer definierten Lungenregion auf das Vier- bis Achtfache. Gleichzeitig verhindert das Magnetfeld, dass die Substanz sofort wieder ausgeatmet wird. Theoretisch können die Aerosoltröpfchen auch mehrere Wirkstoffe in sich aufnehmen oder Substanzen speichern, die erst nach dem erfolgreichen „Andocken“ in der Lunge freigesetzt werden.

„Methoden, die einen Wirkstoff genau dorthin bringen, wo er gebracht wird, sind sehr wichtig, insbesondere bei lokal auftretenden Erkrankungen wie Lungenkrebs“, sagt auch der Bioingenieur Alidad Amirfazli von der Universität Alberta im kanadischen Edmonton. „Nanomagnetosole könnten ein wichtiger Schritt dahin sein.“ Er selbst hat zeigen können, dass die Nanopartikel länger in der Lunge haften bleiben, wenn zusätzlich schleimlösende Medikamente verwendet werden.

Dass die Eisenoxid-Partikel in der Lunge schädliche Wirkungen entfalten könnten, hält Carsten Rudolph für wenig wahrscheinlich. Bisher zumindest haben sich die Teilchen in geringen Konzentrationen als unproblematisch für den Körper erwiesen, zeigen Studien am Institut für Inhalationsbiologie des Helmholtz-Zentrums in München. „Unsere Untersuchungen haben ergeben, dass vergleichbare Partikel in der Lunge mit einer Halbwertszeit von drei bis sechs Monaten abgebaut werden“, sagt der Physiker Winfried Möller. „Sie werden dabei vom Körper metabolisiert oder ausgeschieden.“ Zudem sei die Behandlung bei Lungenkrebs ja auf einen verhältnismäßig kurzen Zeitraum begrenzt, sagt Rudolph. „Dennoch werden wir mögliche Nebenwirkungen in weiteren Untersuchungen genau überprüfen“.

Derzeit ist das Forscherteam dabei, die Nanomagnetosol-Methode weiter zu optimieren. Die größte Hürde dabei ist noch, ein ausreichend starkes Magnetfeld zu erzeugen, um auch bei der größeren menschlichen Lunge ähnliche Effekte zu erzielen wie bei Mäusen. Aus diesem Grund experimentieren die Wissenschaftler gerade mit Hausschweinen, deren Lunge eine vergleichbare Größe besitzt wie die des Menschen. Dabei verwenden die Wissenschaftler einen speziell konstruierten Elektromagneten, bei dem sich das stärkste Magnetfeld an der Spitze befindet. „Im Moment variieren wir verschiedene Größen, zum Beispiel den Stromfluss und die Form der Magnetspitze, um ein möglichst geeignetes Magnetfeld zu erzeugen“, erklärt Rudolph. „Auch die Struktur der Partikel lässt sich möglicherweise noch verbessern.“

Bisher ist es den Wissenschaftlern gelungen, die Konzentration eines Wirkstoffs in einer definierten Region der Schweinelunge um das Drei- bis Vierfache zu erhöhen. Bis die Therapie auch beim Menschen zum Einsatz kommen kann, werden jedoch vermutlich noch ein paar Jahre vergehen.