Was passiert mit Nanopartikeln, wenn sie in den Blutkreislauf gelangen?

Forscher haben neue Erkenntnisse darüber gewonnen, wie sich Nanopartikel verhalten, sobald sie in den Blutkreislauf gelangen, indem sie ein bahnbrechendes künstliches Kreislaufsystem verwenden, das auf reale Bedingungen abgestimmt ist. Ein Team um Oya Tagit, Professor an der FHNW School of Life Sciences, hat ein dynamisches Modell entwickelt, das die komplexe Umgebung des menschlichen Kreislaufsystems nachbildet. Dieses System ermöglicht es Wissenschaftlern, zu beobachten, wie Nanopartikel mit Blutproteinen und Zellstrukturen unter ähnlichen Bedingungen wie im Körper interagieren.

Die Studie, die in Advanced Materials Interfaces veröffentlicht wurde, konzentriert sich auf die Bildung einer "Protein-Korona" um Nanopartikel, eine Schicht von Proteinen, die sich an ihrer Oberfläche bei Exposition gegenüber Blut befestigen. Diese Korona spielt eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung des Schicksals von Nanopartikeln im Körper, beeinflusst ihre Fähigkeit, Zielstellen zu erreichen, Immunerkennung zu vermeiden und therapeutische Wirkstoffe wirksam zu liefern. Während sich viel Forschung auf starre Nanopartikel wie Gold konzentriert hat, untersucht die Studie weichere Materialien, die häufig bei der Arzneimittelverteilung verwendet werden, einschließlich Liposomen und polymerbasierten Nanoträgern.

Das vom Team entwickelte künstliche Kreislaufsystem simuliert die mechanischen Kräfte und die Flüssigkeitsdynamik im Blutkreislauf und ermöglicht detaillierte Beobachtungen des Verhaltens von Nanopartikeln im Laufe der Zeit. Durch die Einbeziehung des kontinuierlichen Proteinaustauschs und die Nachahmung der Scherbelastungen, die in Gefäßen auftreten, bietet das System eine genauere Darstellung der physiologischen Bedingungen als herkömmliche Labormethoden. Diese Innovation ermöglicht ein tieferes Verständnis dafür, wie verschiedene Arten von Nanopartikeln auf die innere Umgebung des Körpers reagieren.

In Experimenten mit Lungenkrebszellen beobachteten die Forscher, dass die Anwesenheit einer Protein-Corona die Aufnahme von Nanopartikeln durch Zellen signifikant reduzierte. Dieser Befund unterstreicht die Bedeutung des Studiums von Nanopartikeln unter realistischen Bedingungen, da die Korona ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften verändert, was möglicherweise ihre Wirksamkeit und Sicherheit beeinträchtigt.

Eine besonders faszinierende Entdeckung war die Wechselwirkung lipidbasierter Nanopartikel mit löslichen und mit Membran gebundenen Proteinen. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass solche Nanopartikel mit extrazellulären Vesikeln, die von Zellen ausgeschieden werden, interagieren können, was zu potenziellen Fusionsereignissen führt, die ihre biologische Funktion verändern könnten. Dieses Phänomen wirft Fragen darüber auf, wie diese Interaktionen die langfristige Stabilität und die Targeting-Fähigkeiten von Nanopartikeln in vivo beeinflussen könnten.

Durch Berücksichtigung der dynamischen Natur der Protein-Korona und ihrer Auswirkungen auf das Verhalten von Nanopartikeln können Wissenschaftler Strategien zur Verbesserung der therapeutischen Ergebnisse und zur Minimierung unbeabsichtigter Nebenwirkungen verfeinern.