Prof. Dr. Marcelo Calderón: ThermoNanogele

Ein Klick und Medikamente wirken im Körper genau dort, wo sie sollen. Das ist der Traum vieler Mediziner und Patienten. Im Projekt ThermoNanogele kommen Forscher diesem Traum einen Schritt näher. Sie schmuggeln gut getarnte Wirkstoffe ins erkrankte Gewebe und setzten Sie durch die Bestrahlung mit Licht frei.

Aufgebaut aus geeigneten Bausteinen lassen sich Polymere zu Netzwerken verknüpfen, die eine große Menge Wasser aufnehmen können. Sie bilden ein sogenanntes Hydrogel. Solche Gele können auch in einer Größe von nur 20 – 300 Nanometern hergestellt werden, wodurch sie als Träger für Medikamente interessant werden. Partikel dieser Größenordnung reichern sich bevorzugt in Tumoren an.

Wirkstoffe in Krebsmedikamenten sind oft kleine Moleküle, die vom Körper schnell wieder ausgeschleust werden. Damit das Medikament an seinem Zielort in ausreichender Konzentration ankommt, müssten daher große Mengen verabreicht werden, was zu erheblichen Nebenwirkungen führen kann. Wird der Wirkstoff hingegen an ein Trägermolekül gebunden oder eingekapselt, kann er gezielt durch den Körper navigiert werden. Der Träger lässt sich so gestalten, dass er bevorzugt bestimmte Krebszellen ansteuert und erst dort der Wirkstoff freigesetzt wird. Bei dieser Methode wird weniger Wirkstoff benötigt und die Nebenwirkungen verringert.

In dem „NanoMatFutur"-Projekt ThermoNanogele von Prof. Dr. Marcelo Calderón werden neuartige Nanogele entwickelt, mit denen es möglich sein soll, einen Wirkstoff gezielt zum Tumor zu transportieren ohne, dass er auf seinem Weg zum Ziel vom Körper abgebaut oder ausgeschieden wird. Er soll dort auch kontrolliert freigesetzt werden.

Diese Nanogele schrumpfen bei Erhöhung der Temperatur; sie sind ‚thermoresponsiv‘. Diese Eigenschaft nutzen die Wissenschaftler, um Wirkstoffe bei niedrigeren Temperaturen in die Nanogele einzuschließen, um sie dann bei Erwärmung wieder aus dem Nanogel heraus zu drängen.

Die Nanogele werden mit Molekülen vernetzt, die Licht zu Wärme umwandeln können. So kann die Erwärmung gezielt innerhalb des erkrankten Gewebes, und nur dort wo die Nanogele sind, durch Bestrahlung mit Licht hervorgerufen werden. Dazu wird besonderes Licht aus dem nahen Infrarotbereich verwendet, da es weitestgehend ungehindert zentimetertief ins Gewebe eindringen kann.

Dass diese Idee funktioniert, konnte von der Arbeitsgruppe um Herrn Calderón bereits erfolgreich im Labor gezeigt werden. Nun werden verschiedene Kombinationen von Molekülen, die Licht zu Wärme umwandeln können, getestet.

Zusätzlich wird daran gearbeitet, die Nanogele mit weiteren Funktionen auszustatten, um z.B. die spezifische Anreicherung im Tumor zu verbessern odereinen kontrollierten Abbau der Nanogele durch das spezielle Milieu im Tumor zu erreichen. Nanogele, die unter bestimmten Umständen fluoreszieren, könnten Auskunft über molekulare Mechanismen bei der Freisetzung von Wirkstoffen geben.

Nachwuchsgruppenleiter Prof. Dr. Marcelo Calderón

Herr Dr. Marcelo Calderón ist Juniorprofessor für Makromolekulare und Organische Chemie. Er hat an der Nationalen Universität Córdoba, Argentinien, in Organischer Chemie promoviert. Danach kam er zur Freien Universität Berlin, wo er sich mit der Entwicklung von Polymer-Wirkstoffkonjugaten für den zielgerichteten Transport von Wirkstoffen, genetischem Material und Bildgebungssonden beschäftigt hat. Seit 2013 leitet er die „NanoMatFutur“-Nachwuchsgruppe ThermoNanogele. Im Jahr 2017 erhielt er von der baskischen Stiftung für Wissenschaft (Ikerbasque) das Angebot für eine Forschungsprofessur, um seine Forschungstätigkeit am Polymat, dem baskischen Zentrum für makromolekulares Design und Engineering im Baskenland in Spanien, fortzusetzen. Dort wir er seine Tätigkeit im Januar 2019 beginnen.