Wissenschaftler entwickeln intelligente DNA-Arznei, die Krebszellen hochpräzise angreift
Forscher entwickelten eine intelligente DNA-Arznei, die nur dann aktiviert wird, wenn auf einer Zelle zwei Krebsmarker gleichzeitig vorhanden sind. In Laborexperimenten brachte sie potente Wirkstoffe gezielt zu Krebszellen, während benachbarte gesunde Zellen verschont blieben.
Forscher der Universität Genf haben eine intelligente DNA-Arznei aus synthetischen DNA-Strängen entwickelt, die Krebszellen mit bemerkenswerter Genauigkeit erkennen und starke Wirkstoffe nur dort freisetzen kann, wo sie benötigt werden. Die Ergebnisse erschienen in Nature Biotechnology, wo das System als programmierbarer Ansatz beschrieben wurde, der Krebs gezielt angreift und dabei gesunde Zellen verschont.
Zielgerichtete Therapien haben die Krebsbehandlung bereits grundlegend verändert, indem sie Arzneimittel direkt zu Tumoren lenken, so Schäden an gesunden Zellen verringern und die schweren Nebenwirkungen der Chemotherapie abmildern. Zu den erfolgreichsten Strategien gehören Antikörper-Wirkstoff-Konjugate, die monoklonale Antikörper nutzen, um Behandlungen direkt zu Krebszellen zu transportieren. Ihre relativ große Größe kann jedoch einschränken, wie gut sie in Tumoren eindringen, und sie können nur eine begrenzte Menge an Wirkstoff tragen.
Um diese Einschränkungen zu überwinden, entwickelte das Team ein System auf Basis kurzer DNA-Stränge. Da diese Moleküle deutlich kleiner als Antikörper sind, können sie sich leichter durch Tumorgewebe bewegen und so konstruiert werden, dass sie mehrere Komponenten tragen.
Die neue Methode beruht auf mehreren getrennten DNA-Strängen, von denen jeder eine spezifische Funktion trägt. Einige Stränge enthalten Binder, die Krebsmarker erkennen, während ein anderer einen toxischen Wirkstoff trägt. Sind auf einer Zelle zwei unterschiedliche Krebsmarker vorhanden, binden die DNA-Komponenten an diese Marker und setzen sich genau an dieser Stelle zusammen. Dadurch wird eine Kettenreaktion ausgelöst, die vor Ort weitere DNA-Strukturen aufbaut und die abgegebene Wirkstoffmenge erhöht.
Der Prozess funktioniert ähnlich wie eine Zwei-Faktor-Authentifizierung. Beide Marker müssen erkannt werden, bevor eine Aktivierung erfolgt. Fehlt einer davon, beginnt die Reaktion nicht, und der Wirkstoff bleibt inaktiv.
In Laborexperimenten identifizierte das System erfolgreich Krebszellen mit spezifischen Kombinationen von Oberflächenproteinen und brachte starke Wirkstoffe direkt zu ihnen. Benachbarte gesunde Zellen wurden nicht beeinträchtigt. Die Forscher zeigten außerdem, dass sich mit diesem Ansatz mehrere Wirkstoffe gemeinsam verabreichen lassen, was wichtig sein könnte, um Resistenzen — ein häufiges Problem in der Krebsbehandlung — zu verhindern oder zu überwinden.
Das System arbeitet mit derselben Art grundlegender Logik, die auch in der Informatik verwendet wird. In diesem Fall stellt ein „Und“-Logikgatter sicher, dass der Wirkstoff nur dann aktiviert wird, wenn beide Krebsmarker vorhanden sind. Die Forscher erklärten, künftige Arbeiten könnten das Konzept durch komplexere Logikfunktionen erweitern, mit dem Ziel, Arzneimittel zu entwickeln, die sich wie programmierbare Systeme verhalten und im Körper fortgeschrittenere Entscheidungen treffen.