Donnerstag, März 28, 2024

Therapeutische Gene durchdringen Lungenschleimhaut

Therapeutische Gene, die die Lungenschleimhaut durchdringen, sollen zukünftig die Behandlung lebensbedrohlicher Lungenerkrankungen revolutionieren.

Die Nanotechnologie gilt als Hoffnungsschimmer der modernen Medizin. So könnten therapeutische Gene, eingekapselt in inhalierbaren Nano-Trägerstrukturen, eines Tages dazu beitragen, lebensbedrohliche Lungenerkrankungen zu behandeln.

Über diese Entwicklung berichten Forscher der John Hopkins University sowie der Federal University of Rio de Janeiro. Anhand dieser Technologie sei es möglich, „therapeutische Gene als Nanopartikel auf effizientem Weg tief in die Lungenschleimhaut zu befördern“, so die Wissenschafter. Dies könnte für die Behandlung diverser lebensbedrohlicher Lungenerkrankungen, darunter Mukoviszidose, COPD, oder Asthma von großer Bedeutung sein.

„Es handelt sich um das erste biologisch abbaubare System, welches die Schleimhautbarriere des Lungengewebes erfolgreich penetriert,“ so Studienautor Jung Soo Suk vom Center for Nanomedicine am Wilmer Eye Institute der Johns Hopkins University. Ihre Ergebnisse publizierten die Wissenschafter im Fachjournal Proceedings of the National Academy of Sciences.

Die Lunge ist ein sehr empfindliches System, denn durch sie ist unser Körperinneres direkt der Außenwelt ausgesetzt. Mit der Luft gelangen nicht nur flüchtige Gase in unsere Lunge, sondern auch Feststoffe, Pollen, Staub oder andere, sich in der Atemluft befindliche Teilchen. Damit diese die Lunge nicht verschmutzen, befindet sich auf der Innenseite der Atemwege die sogenannte Bronchialschleimhaut, bestehend aus schleimproduzierenden Becherzellen und Flimmerhärchen.

Der Schleim der Becherzellen fängt die Fremdkörper ab und die beweglichen Flimmerhärchen transportieren den Schleim stetig aus der Lunge in Richtung Luftröhre. Hier gelangt der Schleim durch Schlucken im Rachen in die Magenröhre und wird anschließend im Magen verdaut. Leider sorgt dieser natürliche Schutzmechanismus auch dafür, dass inhalierbare Medikamente ihr vorgesehenes Ziel nicht erreichen und ihre therapeutische Wirkung nicht oder nicht ausreichend entfalten können.

Therapeutische Gene in biologisch abbaubaren Nanopartikel

Die aktuelle Studie ist eine sogenannte Proof of Concept Studie, die demonstriert dass therapeutische Gene oder Medikamente in biologisch abbaubaren Nanopartikel die Schleimhaut der Lunge durchbrechen bzw. in diese eindringen können. Eines Tages könnte diese Methode der Heilung diverser Lungenerkrankungen dienen. Dazu sei erwähnt, dass die Wirkung einer einzigen Dosis möglicherweise über mehrere Monate anhält, wodurch mit weniger stark ausgeprägten Nebenwirkungen zu rechnen sei.

Mukoviszidose-Patienten verfügen aufgrund einer Genveränderung über „hyperaktive“ Natrium-Kanäle auf den Atemwegzellen, wodurch es zu einem verstärkten Salz- und Wasserentzug von den Oberflächen der Lungenschleimhäute kommt. Infolgedessen bildet sich sehr zähflüssiger, kaum transportabler Schleim, der in der Lunge verklumpt, die feinen Äste der Bronchien verstopft, und einen idealen Nährboden für chronische Entzündungen darstellt. Auch für inhalierbare Nanopartikel wird es immer schwerer die übermäßigen Schleimansammlungen effizient zu durchdringen.

Der Großteil verfügbarer Medikamente ist zwar in der Lage die Entzündungen bis zu einem gewissen Grad in Schach zu halten, die Ursache der Symptomatik bleibt jedoch unangetastet. Einige der vor kurzem zugelassenen Medikamente zur kausalen Behandlung dieser Vorgänge müssen ein Leben lang täglich eingenommen werden und sind nur bei einem kleinen Teil der Patienten, die über einen bestimmten Mutationstyp verfügen, geeignet.

Mukoviszidose verwandte therapeutische Gene

Doch im Zuge der aktuellen Proof-of-Concept Studie gelang es intakte Mukoviszidose-verwandte therapeutische Gene oder „korrigierende Gene“ mittels schleimhautpenetrierender DNA-geladener Nanopartikel an den Ort des Geschehens zu befördern, wo sie die Produktion normaler funktionstüchtiger Proteine gewährleisten. Dies könnte zu einer effektiven Therapie führen, unabhängig dem Mutations-Typ.

Um zu überprüfen ob der vorgesehene Gentransfer tatsächlich zustande kommt, bestückten die Forscher die Nanopartikel mit einem Test-Gen, welches bei entsprechender Expression in der Zielzelle, zur Produktion eines lichtgenerierenden Proteins führt. Tatsächlich wiesen die Tiere infolge des Gentransfers beträchtliche Mengen des „leuchtenden“ Proteins auf – und zwar über mehrere Monate.

„Nur eine einzige Dosierung führte zu einer, über Monate anhaltenden ausgeprägten Genexpression – also zur Produktion des therapeutischen Proteins,“ so Suk.

Trotz vielversprechender Ergebnisse, betonen die Wissenschafter die Notwendigkeit weiterer Tierversuche, um die beobachteten Vorgänge zu bestätigen bzw. die bestehende Methode zu optimieren. Der Einsatz am Menschen sei noch Jahre entfernt, so die Wissenschafter.

Quelle: Johns Hopkins Medicine. „Nanoparticles used to breach mucus barrier in lungs: Proof-of-concept study conducted in mice a key step toward better treatments for lung diseases.“.

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