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Ein Teil der neuen, im präklinischen Stadium befindlichen Technologie namens "bioSWITCH" basiert auf sogenannten Ionenpumpen, die an der Linköping Universität (Schweden) entwickelt wurden. Diese kleinen elektronischen Geräte sollen in Zukunft in den Körper implantiert werden und in ihrer unmittelbaren Umgebung auf Knopfdruck Wirkstoffe freisetzen. Dafür sorgt eine spezielle Membran und eine angelegte elektrische Spannung.
Allerdings sind diese Ionenpumpen bisher auf relativ kleine Moleküle beschränkt, die zudem elektrisch geladen (Ionen) sein müssen. Für viele wichtige Medikamente, etwa für große Proteine, funktioniert diese Methode daher nicht: Sie sind viel zu sperrig, um durch die Membran der Ionenpumpe freigesetzt zu werden.
An der TU Wien hat ein Team um Johannes Bintinger vom Institut für Angewandte Synthesechemie der TU Wien die Ionenpumpen mit der sogenannten "Click-to-Release-Chemie" kombiniert. Dieses Konzept beruht zum Teil auf der Click- bzw. bioorthogonalen Chemie, für deren Entwicklung 2022 die beiden US-Forscher Carolyn Bertozzi und Barry Sharpless sowie ihr dänischer Kollege Morten Meldal den Chemie-Nobelpreis erhielten. Dabei handelt es sich um chemische Reaktionen, die ganz selektiv nur zwischen definierten Partnern ablaufen, ohne andere Moleküle zu beeinflussen.
Die an der TU Wien von einem Team um Hannes Mikula weiterentwickelte "Click-to-Release-Chemie" geht einen Schritt weiter: Nachdem es in einem ersten Schritt "click" gemacht hat, wird ein zusätzlicher chemischer Mechanismus ausgelöst, der gezielt eine chemische Verbindung trennt und ein Molekül freisetzt.
"Wir haben mit 'bioSWITCH' zwei komplementäre Technologien zusammengeführt, die jeweils klare Stärken, aber auch klare Grenzen hatten", erklärte Sebastian Hecko, Erstautor der Publikation gegenüber der APA. In der nun veröffentlichten Arbeit "konnten wir zeigen, dass unsere Methode prinzipiell funktioniert und therapeutisch relevante Moleküle mit elektronischer Präzision freigesetzt werden können".
Dabei werden die Wirkstoff-Moleküle über spezielle chemische Verbindungen beispielsweise an ein Hydrogel gebunden und lokal im Körper deponiert. Dort verbleibt der Wirkstoff in Warteposition. Erst wenn mit der Ionenpumpe kleine sogenannte Trigger-Moleküle in das Depot gepumpt werden, trennen sie dort quasi als chemische Schere die Verbindung des Wirkstoffs mit dem Hydrogel und das Medikament wird exakt am gewünschten Ort freigesetzt.
In einer aktuellen, noch unveröffentlichten Weiterentwicklung hat das Team der TU Wien im Tiermodell (Maus) ein kleines Implantat in Knopfzellen-Größe entwickelt und gemeinsam mit einem Hydrogel in Tumornähe eingesetzt. "Dieses Hydrogel kann trotz seines kleinen Volumens von rund 100 Mikrolitern sehr große Mengen an Wirkstoff speichern, weil der Wirkstoff eben lokal und nicht systemisch freigesetzt wird", sagte Bintinger zur APA. Durch die präzise elektronische Steuerung der Ionenpumpen kann genau kontrolliert werden, wann und wie viel Wirkstoff am Zielort freigesetzt wird. Dadurch sind viel geringere Mengen ausreichend, was auch Nebenwirkungen verringern kann.
In weiteren Arbeiten wollen die Forschenden die Technologie möglichst rasch anwendungstauglich machen. Sie haben bereits mehrere Patente angemeldet und streben eine kommerzielle Verwertung an. "Es gibt in der Medizin viele Anwendungsmöglichkeiten dafür", betonte der Chemiker. Als Beispiele nennt er u.a. Chemotherapeutika für lokal begrenzte Tumorerkrankungen, Wachstumsfaktoren oder andere Signalstoffe für die Nervenregeneration, immunologisch aktive Moleküle oder Impfstoffkomponenten oder Schmerzmittel für lokale, lang anhaltende Therapien.
Ein konkretes Beispiel wäre etwa Bauchspeicheldrüsenkrebs: "Rund 40 Prozent der davon betroffenen Patientinnen und Patienten haben zum Zeitpunkt der Diagnose einen lokal fortgeschrittenen, nicht metastasierten, aber nicht operablen Tumor. Unsere Vision ist es, solche Tumoren durch lokal freigesetzte, hochpotente Wirkstoffe gezielt zu verkleinern, auch mit Substanzen, die aufgrund starker Nebenwirkungen heute nicht systemisch gegeben werden können, was in einem nächsten Schritt eine operative Entfernung möglich machen könnte", so Bintinger.
(SERVICE - Internet: https://doi.org/10.1038/s41467-026-70985-0 ; Video zum Projekt: https://www.youtube.com/watch?v=fY-dTcJ01Og )
LEIPZIG - DEUTSCHLAND: FOTO: APA/APA/dpa/Hendrik Schmidt
