Der Einsatz von Nanopartikeln in der Medikamentenabgabe bietet entscheidende Vorteile: Sie können eine zielgenaue Wirkstoffabgabe ermöglichen, Wirkstoffe vor vorzeitigem Abbau schützen, deren Wirkdauer im Körper verlängern und Nebenwirkungen reduzieren. Doch sobald Nanopartikel mit Blut in Kontakt kommen, lagern sich Proteine aus dem Blut an ihrer Oberfläche ab und bilden eine sogenannte Proteinkrone. Diese beeinflusst, ob die Partikel von Zellen aufgenommen werden, wie sie sich im Körper verteilen oder ob das Immunsystem sie erkennt und bekämpft.
Bisher wurden vor allem Proteinkronen harter Nanopartikel wie Gold untersucht. Doch viele für die klinische Medikamentenabgabe relevante Nanopartikel sind weich und flexibel. Ihre Proteinkrone unterscheidet sich in Zusammensetzung, Verformbarkeit und Dynamik von denen harter Partikel, da die Materialeigenschaften die Proteinbindung beeinflussen. Um diese Prozesse unter körperähnlichen Bedingungen zu untersuchen, entwickelte das Team um Prof. Dr. Oya Tagit von der Hochschule für Life Sciences FHNW ein künstliches venöses Kreislaufsystem. Dieses simuliert Strömungskräfte, konstante Bewegung der Nanopartikel und einen ständigen Austausch von Proteinen – ähnlich wie im natürlichen Blutkreislauf.
In Experimenten mit Lungenkrebszellen stellten die Forschenden fest, dass die Aufnahme der Nanopartikel in die Zellen durch ihre Proteinkrone stark reduziert wird. «Die Proteinkrone verändert die Eigenschaften der Nanopartikel – und zwar in Abhängigkeit vom untersuchten Material», erklärt Anamarija Nikoletić, Erstautorin und Doktorandin der SNI-Doktorandenschule. «Alle untersuchten Nanopartikel wiesen zwar einen gemeinsamen Kern von Proteinen in ihrer Krone auf aber auch materialspezifische Unterschiede.»
Eine weitere interessante Beobachtung war, dass lipidbasierte Nanopartikel sowohl mit löslichen als auch mit membranassoziierten Proteinen interagieren. Dies deutet darauf hin, dass die Nanopartikel während der Zirkulation mit von Zellen ausgeschiedenen extrazellulären Vesikeln interagieren oder sogar mit diesen verschmelzen könnten – wodurch sich ihre biologische Identität weiter verändert.
«Die Studie zeigt, wie wichtig es ist, Nanopartikel unter realistischen Bedingungen zu testen, um ihr Verhalten im Körper besser zu verstehen. Das wird uns helfen, sicherere und effektivere Darreichungsformen für Wirkstoffe zu entwickeln», betont Oya Tagit.