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Freitag, 10.01.2020

Internationales

Deutsch-chinesische Kooperation in der Laser-Nanomedizin

Beispiel für gezielte Zellinaktivierung durch antikörperkonjugierte liposomale Nanopartikel. Im ersten Schritt binden tumorspezifischen Antikörper das Partikel an die Zielzellen. Nach Endozytose werden durch Laserbe-strahlung Photosenitizer freigesetzt, die mit Antikörpern an das Zielprotein Ki-67 binden. Eine weitere Bestrahlung aktiviert die Sensitizer, wodurch das Ki-67 zerstört und so die Zelle abgetötet wird (Abbildungen: BMO)

Gemeinsamer Antrag der Universität zu Lübeck und der Xi’an Jiatong University bewilligt

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und die National Natural Science Foundation of China (NSFC) fördern den wissenschaftlichen Austausch und gemeinsame Forschungsprojekte zwischen der Universität zu Lübeck und der Xiàn Jiaotong Universität in der Laser-Nanomedizin. Sie bewilligten den Antrag von Prof. Alfred Vogel vom Institut für Biomedizinische Optik der Universität zu Lübeck und Prof. Zhenxi Zhang von der School of Life Science and Technology der Xiàn Jiaotong Universität und fördern ein dreijähriges Mobilitätsprojekt mit 183.000 Euro.

In dem Projekt werden die chinesisch-deutschen Partner Gold-Nanopartikel und Liposom-Nanopartikel-vermittelte Modifikationen von Biomolekülen und Zellen durch Laserbestrahlung untersuchen. Die geplanten Aktivitäten reichen von der Erforschung grundlegender physikalischer, chemischer und biologischer Interaktionsmechanismen über die Entwicklung verschiedener Techniken zur Wirkstoffabgabe und Medikamentenfreisetzung bis hin zu theranostischen Anwendungen zur Tumortherapie.

Das vorgeschlagene Mobilitätsprojekt umfasst vier Teams (je zwei an jedem Partnerinstitut), bestehend aus Physikern, Biologen und Ingenieuren. Beteiligte Mitglieder auf Seiten des Instituts für Biomedizinische Optik (BMO) sind Dr. Xiao-Xuan Liang, Dr. Norbert Linz, Sebastian Freidank, Paula Enzian, PD Dr. Ramtin Rahmanzadeh und der BMO-Projektleiter Prof. Alfred Vogel.

Ein Alleinstellungsmerkmal der Zusammenarbeit ist die vertikale Integration von Grundlagenexperimenten und theoretischen Studien zu Anwendungen in der Zelltransfektion und zu theranostischen Ansätzen für die Tumortherapie. „Theranostische“ Ansätze in der Lasermedizin ermöglichen es, die gleichen Agentien bei niedriger Bestrahlungsintensität zur Diagnose und bei hohen Intensitäten therapeutisch einzusetzen.

Als Agentien werden Gold-Nanopartikel (AuNP) und liposomale Nanopartikel verwendet, an die sowohl Antikörper zur Zielfindung (z.B. von Tumorzellen) als auch fluoreszierende Photosensitizer gebunden werden. Die antikörpervermittelte Bindung ermöglicht eine Markierung der Zielstrukturen. Die Photosensitizer werden, nachdem sie die Zielstrukturen erreicht haben, durch Lichtbestrahlung aktiviert und somit toxisch. Dies erlaubt eine selektive Abtötung von Zellen und kann daher zum Beispiel zur Tumortherapie eingesetzt werden.

Die Lichtabsorption durch AuNPs ist besonders wirksam bei der Plasmonresonanz um 550 Nanometer und ermöglicht eine stark lokalisierte Energieabsorption, gefolgt von thermomechanischen Effekten (Drucktransienten und Bildung von Nanobläschen). Die abgestrahlten Drucktransienten und die Lumineszenz der Partikel können zur Diagnostik verwendet werden, während die Nanobläschen einen disruptiven Effekt haben, der zur Zelleliminierung genutzt werden kann.

Bei liposomalen Nanopartikeln sind die Photosensitizer in einer Lipidhülle eingeschlossen, die durch Lichtbestrahlung eröffnet werden kann, nachdem die Liposomen in die Zelle eingeschleust wurden. Nach dieser Medikamentenfreisetzung werden die Sensitizer durch eine zweite Bestrahlung mit anderer Laserwellenlänge toxisch gemacht. Sie können dann zum Beispiel gezielt das proliferationsassoziierte Protein Ki-67 im Zellkern von Tumorzellen zerstören, was den Tod der gesamten Zelle zur Folge hat. Diese Art der Tumortherapie ist – anders als die Chemotherapie – sehr spezifisch und dadurch potentiell mit weniger Nebenwirkungen verbunden. Allerdings eignet sie sich nur für oberflächliche Tumoren, die vom Behandlungslicht erreicht und durchdrungen werden können.

Das vorgeschlagene Mobilitätsprojekt baut auf einer 15-jährigen Zusammenarbeit auf, aus der bereits zwölf gemeinsame Veröffentlichungen in hochrangigen Zeitschriften und sieben gemeinsam betreute Promotionen hervorgingen. Fünf der beteiligten jungen Wissenschaftler sind nun ordentliche Professoren, Dozenten oder Privatdozenten. Darüber hinaus wurden zwei wissenschaftliche Projekte (ein projektbezogenes persönliches Austauschprojekt und ein großes internationales gemeinsames Forschungsprojekt) geplant und durchgeführt. Dadurch haben beide Partner internationale Reputation erlangt und nehmen in ihren jeweiligen Ländern eine führende Rolle auf dem Gebiet der Nanopartikel-vermittelten Bioeffekte ein.

Das jetzige Projekt festigt diese Zusammenarbeit durch Finanzierung gegenseitiger Besuche von Wissenschaftlern und den Austausch von Ph.D.-Kandidaten für einen Zeitraum von jeweils zwei Monaten. Eine neue Ebene der Zusammenarbeit wird durch Workshops während des Mobilitätsprojekts erreicht. Ziel ist die Anbahnung zukünftiger gemeinsamer Promotionsprojekte, die über einen längeren Zeitraum durch Forschungsstipendien des Chinese Scholarship Council (CSC) finanziert werden, sowie die Vorbereitung einer Bewerbung für ein von DFG/NSFC-gefördertes deutsch-chinesisches Forschungsprojekt, welches die Zusammenarbeit weiter vertiefen wird.

Themenspektrum des Mobilitätsprojektes und Vernetzung der beteiligten Arbeitsgruppen