Neue Substanzen verbessern Wirkstofftransport

Arzneimittel entfalten ihre Wirkung erst, wenn sie von den entsprechenden Zellen des betroffenen Organs aufgenommen und dort für den Stoffwechsel verfügbar sind. Alle Zellen sind von einer Membran umgeben, die nur für bestimmte Stoffe beziehungsweise Partikel durchlässig ist. Biomediziner suchen daher Wege, um gezielt Wirkstoffe in Zellen einzuschleusen. Einen großen Schritt vorangekommen sind nun Biologen der TU Darmstadt. Sie haben Möglichkeiten gefunden, den Transport insbesondere wasserlöslicher Stoffe deutlich zu verbessern.

Die Darmstädter Biologen beschäftigen sich mit kurzen Eiweißketten, die sich durch Zellmembranen bohren. Solche zellpenetrierende Peptide (CPP) können quasi als Vehikel für Wirkstoffe dienen, die einfach an sie angehängt und in die Zelle mitgeschleppt werden. Die Wissenschaftler haben nun gezeigt, dass ringförmige Eiweiße besonders gute Vehikel sind. Bei ihnen liegen sowohl Transportrate als auch -geschwindigkeit deutlich höher als bei kettenförmigen CPPs. In der Praxis könnte das zur Folge haben, dass sich künftig sowohl die Arzneimitteldosen als auch die Zeit bis zum Einsetzen der Wirkung drastisch reduzieren lassen.

Das kleine Eiweiß TAT zum Beispiel ist eine längliche, flexible Kette, an deren „Rückgrat“ unterschiedliche Seitenzweige hängen. Dieses Rückgrat hat relativ viele Freiheitsgrade, ist also recht beweglich, ebenso wie die Seitenketten. Die Untersuchungen der Darmstädter zeigten, dass der Membrantransport durch eine weniger flexible Struktur des Transporters, wie sie in einer zyklischen Form vorliegt, stark begünstigt wurde. Denn ausschlaggebend scheint zu sein, dass sogenannte Guanidinium-Gruppen in den Seitenzweigen einen möglichst großen Abstand voneinander haben. Das ist am ehesten in der zyklischen Form der Fall, wenn das Rückgrat einen Kreis bildet und die Seitenzweige und damit die Guanidinium-Gruppen wie Sonnenstrahlen von dem Kreis abstehen. Das zyklische TAT gelangte so 15 Minuten früher in die Zelle als das übliche kettenförmige TAT. Der Ringschluss steigerte dabei nicht nur beim TAT, sondern auch bei anderen argininreichen CPPs die Effizienz.

In Zukunft wollen die Biologen der TU Darmstadt den Transport konkreter wasserlöslicher Wirkstoffe erforschen. Zu klären bleibt auch noch, wie die Zelle mit den zyklischen Nanotransportern umgeht: ob sie sie wieder ausstößt, abbaut oder ob sie einfach in der Zelle verbleiben. Und letztendlich müssen die Versuche, die an unter künstlichen Bedingungen gehaltenen Zellen durchgeführt wurden, noch in vivo bestätigt werden.

Literatur: Lättig-Tünnemann, G., et al.: Nature Communications 2011; Online: doi:10.1038/ncomms1459.