Uni­ver­si­tät Bay­reuth: Effi­zi­en­te Immun­the­ra­pien durch Spinnenseide

Trans­port­par­ti­kel brin­gen Wirk­stof­fe sicher ans Ziel

Spin­nen­sei­de gewähr­lei­stet, dass spe­zi­el­le medi­zi­ni­sche Wirk­stof­fe unbe­schä­digt ins Zen­trum von Immun­zel­len gelan­gen und hier ihre vol­le Wir­kung ent­fal­ten kön­nen. For­scher der Uni­ver­si­tät Bay­reuth, der LMU Mün­chen sowie der Uni­ver­si­tä­ten Genf und Frei­burg in der Schweiz haben zusam­men mit der Fir­ma AMSilk aus künst­li­cher Spin­nen­sei­de Trans­port­par­ti­kel ent­wickelt, die in der Lage sind, die Effi­zi­enz von Immun­the­ra­pien gegen Krebs oder Tuber­ku­lo­se signi­fi­kant zu stei­gern. Sie kön­nen zudem für vor­beu­gen­de Imp­fun­gen gegen Infek­ti­ons­krank­hei­ten oder für die Impf­stoff-Lage­rung in den Tro­pen ein­ge­setzt wer­den. In der Zeit­schrift Bio­ma­te­ri­als stel­len die Wis­sen­schaft­ler ihre Ent­deckung vor.

Effi­zi­en­te Immun­the­ra­pien gegen Krebs und Tuberkulose

„Die bio­tech­no­lo­gisch her­ge­stell­ten Bio­po­ly­me­re der Spin­nen­sei­de, aus denen wir die neu­en Trans­port­par­ti­kel im Labor gefer­tigt haben, sind ungif­tig, lösen kei­ne Immun­re­ak­ti­on aus und haben kei­ner­lei ande­re schäd­li­che Aus­wir­kun­gen auf den Orga­nis­mus“, erklärt Prof. Dr. Tho­mas Schei­bel, Inha­ber des Lehr­stuhls für Bio­ma­te­ria­li­en an der Uni­ver­si­tät Bay­reuth. Das deutsch-schwei­ze­ri­sche For­scher­team hat die­se Vor­tei­le der Spin­nen­sei­de genutzt, um eine Hür­de zu besei­ti­gen, die eini­gen immun­the­ra­peu­ti­schen Ver­fah­ren bis­her im Weg stand. Damit das Immun­sy­stem des Men­schen gegen bereits aus­ge­bro­che­ne Krebs- oder Tuber­ku­lo­se­er­kran­kun­gen aktiv wer­den kann, ist es erfor­der­lich, bestimm­te Immun­zel­len – die T‑Lymphozyten – zu sti­mu­lie­ren. Dafür muss ein klei­nes Eiweiß­mo­le­kül, ein Pep­tid, in die Zel­len ein­ge­bracht wer­den. Die­sen Wirk­stoff auf dem übli­chen Weg in den Blut­kreis­lauf zu inji­zie­ren, ist wenig effi­zi­ent. Denn so wird das Pep­tid größ­ten­teils im Orga­nis­mus abge­baut, noch bevor es die Immun­zel­len erreicht. In Spin­nen­sei­de ver­packt, gelangt es jedoch sicher ans Ziel.

Die Wis­sen­schaft­ler beto­nen, dass es bis zur Anwen­dung in der kli­ni­schen Pra­xis noch ein lan­ger Weg ist. „Eine Viel­zahl wei­te­rer Tests ist nötig, bis die Wirk­stoff-Trans­por­ter tat­säch­lich bei der Behand­lung schwe­rer Erkran­kun­gen ein­ge­setzt wer­den dür­fen. Aber unse­re bis­he­ri­gen For­schungs­er­geb­nis­se sind viel­ver­spre­chen­de Schrit­te auf die­sem Weg“, betont Schei­bel. Zusätz­li­che Hilfs­stof­fe (Adju­van­zi­en), die der­zeit man­che Immun­the­ra­pien unter­stüt­zen, wür­den dann mög­li­cher­wei­se nicht mehr benö­tigt werden.

Neue Chan­cen für die Präventionsmedizin

Auch in der prä­ven­ti­ven Medi­zin eröff­nen sich vie­le Anwen­dungs­mög­lich­kei­ten. Die neu­en ‚Wirk­stoff-Taxis‘ eig­nen sich näm­lich eben­so­gut, um Impf­stof­fe ziel­ge­nau in die B‑Lymphozyten ein­zu­schleu­sen. Die­se Immun­zel­len lösen die Pro­duk­ti­on von Anti­kör­pern aus, die fähig sind, Erre­ger von Infek­ti­ons­krank­hei­ten zu erken­nen und unschäd­lich zu machen. In vie­len Län­dern der Erde, bei­spiels­wei­se in den tro­pi­schen Regio­nen Afri­kas, stellt die Auf­be­wah­rung von Impf­stof­fen aller­dings noch immer ein gro­ßes Pro­blem dar. Denn wer­den die Impf­stof­fe hohen Luft­tem­pe­ra­tu­ren aus­ge­setzt, sinkt ihre Wirk­sam­keit. Doch die Trans­por­teu­re aus Spin­nen­sei­de haben sich im Labor als außer­or­dent­lich wider­stands­fä­hig erwie­sen: Sie hal­ten über meh­re­re Stun­den sogar Tem­pe­ra­tu­ren von mehr als 100 Grad Cel­si­us stand und sind in der Lage, die Impf­stof­fe vor zu star­ker Tem­pe­ra­tur- und Licht­ein­wir­kung zu schüt­zen. So wird Spin­nen­sei­de in den Tro­pen dazu bei­tra­gen kön­nen, dass die Vor­rats­hal­tung von Impf­stof­fen – bei­spiels­wei­se im Rah­men breit ange­leg­ter Prä­ven­ti­ons­pro­gram­me – nicht an ungün­sti­gen Kli­ma­be­din­gun­gen scheitert.

Ein wei­te­rer For­schungs­er­folg: Trans­port grö­ße­rer Antigene

Vor kur­zem ist es gelun­gen, das medi­zi­ni­sche Anwen­dungs­spek­trum der Wirk­stoff-Trans­por­ter in einem wich­ti­gen Punkt zu erwei­tern. Bis­her eig­ne­ten sie sich nur für die Ver­packung klei­ner Par­ti­kel. Das For­scher­team an der Uni­ver­si­tät Bay­reuth hat sie aber so wei­ter­ent­wickelt, dass sie auch grö­ße­re Anti­ge­ne, zum Bei­spiel gan­ze Pro­te­ine, auf­neh­men und kon­trol­liert wie­der frei set­zen. Die­se Stu­die ist in ACS Bio­ma­te­ri­als Sci­ence & Engi­nee­ring erschienen.

Von der Natur inspiriert

Die bei­den neu­en Stu­di­en fol­gen einer wis­sen­schaft­li­chen Grund­idee, die in der Bio­me­di­zin und ande­ren Wis­sen­schafts­zwei­gen immer stär­ker an Bedeu­tung gewinnt: Die Natur wird zum Vor­bild für Inno­va­tio­nen, die sich an einem hohen Nut­zen für die Men­schen ori­en­tie­ren. Schei­bel bringt es auf den Punkt: „Die­ser Ansatz hat einen Namen, der prä­gnant aus­drückt, was unse­re For­schungs­ar­bei­ten zum Erfolg geführt hat: Bioinspiration.“

Ver­öf­fent­li­chun­gen:

Mat­thi­as Lucke, Inès Mottas et al.: Engi­nee­red hybrid spi­der silk par­ti­cles as deli­very system for pep­tide­vac­ci­nes, Bio­ma­te­ri­als 172 (2018) 105e115, DOI: 10.1016/j.biomaterials.2018.04.008.

Sus­h­ma Kuma­ri, Hen­drik Bar­gel et al.: Recom­bi­nant Spi­der Silk Hydro­gels for Sustai­ned Release of Bio­lo­gi­cals, ACS Bio­ma­ter. Sci. Eng. 2018, 4, 1750−1759. DOI: 10.1021/acsbiomaterials.8b00382.

For­schungs­för­de­rung:

Die For­schungs­ar­bei­ten unter der Lei­tung von Prof. Dr. Tho­mas Schei­bel an der Uni­ver­si­tät Bay­reuth wur­den vom Bun­des­mi­ni­ste­ri­um für Bil­dung und For­schung (BMBF) gefördert.

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