Mit der Schrotflinte in die Zelle

us | Viele neuartige Therapien basieren auf biologischen Makromolekülen. Ob mRNA, Antikörper oder DNA: Gezielt eingesetzte Biomoleküle zählen nicht erst seit COVID-19 zu den Hoffnungsträgern bei der Behandlung mancher Krankheiten. Eine Herausforderung ist jedoch die Lagerung und Verabreichung der Substanzen, da sie anfällig für erhöhte Temperaturen sind und schnell durch Proteasen oder Nukleasen abgebaut werden. Ein Team texa­nischer Chemiker und Biotechnologen hat nun die Erkenntnisse verschiedener Disziplinen kombiniert und gezeigt, dass biologische Makromoleküle mittels Druckluft an lebende Organismen verabreicht werden können. Dazu betteten die Wissenschaftler DNA und Proteine in ZIF-8-Nanopartikel ein. Bei ZIF-8 handelt es sich um ein metall­organisches Gerüst aus Methylimidazol-Liganden, die über Zink-Ionen miteinander verknüpft sind. Das Material löst sich unter physiologischen Bedingungen in ungiftige Bestandteile auf und gibt seine empfindliche Fracht frei. Je nach Synthesebedingungen erreichen die ZIF-8-Partikel Größen zwischen einigen Nano- und mehreren Mikrometern. Ihre Starrheit reduziert Molekülbewegungen und erhöht damit die Temperaturstabilität der Fracht. Mittels einer Druckluftpistole schossen die Forscher mit DNA beladene Partikel in Zwiebeln und beobachteten, wie die Zwiebelzellen das codierte Fluoreszenzprotein exprimierten. In einem zweiten Experiment gelang es ihnen, 0,5 mg der mit einem fluoreszierenden Protein beladenen Partikel unter die Haut von Mäusen zu schießen. Verwendeten sie CO₂ als Trägergas, lösten sich die Partikel nach Eindringen in eine Zelle schnell auf, da CO₂ das Innere der ZIF-8-Teilchen ansäuert. Im Gegensatz dazu gab das metallorganische Gerüst seine Fracht über einen Zeitraum von mehreren Stunden ab, wenn Luft mit einem geringen CO₂-Anteil als Trägergas diente. Obwohl das Prinzip einer Schrotflinte gleicht, hinterließen die Nanogeschosse keine ernsthaften Schäden auf der Oberfläche und drangen höchstens einige Millimeter tief in den Organismus ein. |