Massgeschneiderte Wirkstoffe aus DNA-Nanopartikeln

Am Fachbereich Biologie der TU Darmstadt wird seit langem intensiv an innovativen Methoden geforscht, mit denen sich neue Therapeutika zur Bekämpfung von Infektionskrankheiten herstellen lassen. Die grosse Bedeutung dieser Disziplin ist während der SARS-CoV2-Pandemie erneut mehr als deutlich geworden. Der Arbeitskreis von Professor H. Ulrich Göringer am Fachgebiet Molekulare Genetik hat nun eine neue Publikation auf diesem Forschungsgebiet vorgelegt. Im Aufsatz «Core-Shell DNA-Cholesterol Nanoparticles Exert Lysosomolytic Activity in African Trypanosomes» berichten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler über einen innovativen Ansatz zum Design synthetischer Wirkstoffe, die gezielt gegen die Schwachstellen eines Krankheitserregers ausgerichtet werden können.

Nonopartikel gegen Malaria konstruiert

Es handelt sich dabei um Nanopartikel, also Teilchen mit einer Grösse von wenigen Nanometern, in denen ein Kern aus Membranlipiden von einer Hülle aus DNA-Molekülen umgeben ist. Während die Lipidmoleküle eine generelle, membranzerstörende Wirkung auf den Krankheitserreger ausüben, kann die DNA-Hülle so «programmiert» werden, dass ein zweites biochemisches Ziel (target) des Krankheitserregers attackiert wird.




Gegen die im tropischen Afrika vorkommenden Schlafkrankheit konstruierten die Autorinnen und Autoren ein derartiges DNA-Lipid-Nanopartikel quasi am Reissbrett, synthetisierten es und zeigten, wie es den infektiösen Parasiten zielgerichtet im Laufe weniger Stunden zerstört.

Biogene, atoxische Verbindungen

Die Nanopartikel entfalten ihre Toxizität gegenüber dem Schlafkrankheitserreger bereits in sehr kleiner Menge, nämlich in einem Konzentrationsbereich, der eine Grössenordnung unterhalb der wirksamen Konzentration bereits bekannter Wirkstoffe liegt. Die vom Arbeitskreis synthetisierten Partikel bestehen aus kurzen DNA- und Cholesterol-Molekülen - beides biogene, also in der Natur vorkommende, ungiftige (atoxische) Verbindungen.

Das hier vorgestellte Design der DNA-Nanopartikel lässt sich auch auf andere Infektionskrankheiten anpassen. Die Technologie könnte so zur Grundlage für eine Anwendung in der Pharmaindustrie werden.

Das Forschungsprojekt wendet konsequent synthetisch-biologische Prinzipien des Wirkstoffdesigns an und reiht sich damit in den Forschungsschwerpunkt des Centre for Synthetic Biology an der TU Darmstadt ein. Die Arbeit der Erstautoren Dr. Robert Kniess und Dr. Matthias Leeder erschien im Fachjournal ChemBioChem und enthält unter anderem auch Ergebnisse der Bachelorstudierenden Paul Reissig und Felix Geyer an der TU Darmstadt. Das Projekt wurde durch die Dr. Illing-Stiftung für Makromolekulare Chemie gefördert.