Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGBAm Fraunhofer IGB wurden biologisch-synthetische Hybridpartikel entwickelt, welche die Gegebenheiten an Zelloberflächen simulieren. Auf der Oberfläche dieser zellmimetischen – Zellen nachahmenden – Nanopartikel werden Membranproteine so gebunden, dass sich ihre biologischen Eigenschaften voll erhalten. Solche NANOCYTES® sind sowohl für die Grundlagenforschung als auch für klinische Entwicklungen interessante Werkzeuge.
TNF-NANOCYTES® – Cytokinfunktionalisierte NANOCYTES® für die Krebstherapie
Das Cytokin TNF
Das Cytokin Tumor-Nekrosefaktor α (TNF-α) kommt in der Natur sowohl in gelöster Form als auch als Bestandteil der äußeren Membran von Zellen vor. Die gelöste Form des Cytokins besitzt eine andere Wirkung als die gebundene Form. Gelöster TNF-α kann nur einen von zwei TNF-Rezeptoren aktivieren und somit auch nur ein bestimmtes Signal an die Zelle vermitteln, während membrangebundener TNF zwei unterschiedliche Rezeptoren aktivieren kann. Da der Forschung lange Zeit nur das gelöste Molekül für Experimente zur Verfügung stand, konnte damit auch nur ein Signalweg untersucht werden.
Zellversuch mit TNF-NANOCYTES®
Die mit TNF funktionalisierten NANOCYTES® (rote Partikel) binden an Rezeptoren in Zellen (grün) und lösen damit im Zellversuch innerhalb von Minuten den Zelltod aus.
Gemeinsam mit Forschern der Universität Stuttgart (Prof. Pfizenmaier und Prof. Scheurich) wurde TNF-α an eigens am Fraunhofer IGB entwickelte Nano- und Mikropartikel angeheftet. Diese sogenannten zellmimetischen Kern-Schale-Partikel wirken wie Zellen, die auf der Außenhülle das Cytokin TNF tragen.
Die TNF-NANOCYTES® entfalten im Zellversuch die volle Wirksamkeit, die sonst nur das membrangebundene Cytokin aufweist. Dies wurde an speziell präparierten Zellen gezeigt, welche auf eine Aktivierung des TNF-Rezeptors-2 mit dem programmierten Zelltod (Apoptose) reagieren und die Aktivierung dadurch nachweisbar machen (Bild): Nachdem TNF-NANOCYTES® an TNF-Rezeptoren-2 in der Zellmembran angedockt haben, wird in den Zellen das Programm zur Apoptose gestartet.
Mithilfe der TNF-NANOCYTES® können nun beide TNF-α-vermittelten Signalwege erforscht werden. Gleichzeitig wird am Beispiel der TNF-NANOCYTES® deutlich, dass NANOCYTES® die Wirksamkeit von Biopharmazeutika verbessern können, indem sie eine von der Natur inspirierte Formulierung erlauben.