Nano-Nadel für die Injektion von Genen?

Kohlenstoffnanoröhrchen können DNA in Zellen einschleusen

13.10.2004

Viele Gene, die mit bestimmten Erkrankungen im Zusammenhang stehen, sind mittlerweile bekannt. Die Wissenschaft arbeitet daran, dieses Wissen zur Heilung von Krankheiten nutzbar zu machen. Fehlerhafte oder fehlende Gene sollen ersetzt werden, indem das betreffende Gen den Körperzellen von außen zugeführt wird. Das Einbringen der Gene gestaltet sich jedoch schwierig, denn das Erbmolekül DNA tritt nicht so ohne weiteres durch Zellmembranen hindurch, sondern braucht einen Transporter, z.B. Viren, Liposomen oder spezielle Peptide. Ein europäisches Team von Wissenschaftlern hat nun einen neuen Ansatz entwickelt. Den Forschern um Alberto Bianco (Straßburg), Kostas Kostarelos (London) und Maurizio Prato (Triest) ist es gelungen, DNA mit Hilfe modifizierter Kohlenstoffnanoröhrchen in Säugetierzellen einzuschleusen.

Kohlenstoffnanoröhrchen sind winzige nadelförmige Gebilde, die nur aus Kohlenstoffatomen bestehen, vorstellbar als eine oder mehrere Lagen einer aufgerollten Graphitschicht. Sie werden bereits bei verschiedenen technischen Anwendungen eingesetzt. Um als Gen-Transporter funktionieren zu können, müssen die winzigen "Nadeln" allerdings erst verändert werden. Das italienisch-französisch-britische Forscherteam verband dazu mehrere Ketten aus Kohlenstoff- und Sauerstoffatomen mit den Außenseiten der 20 nm dünnen und 200 nm langen Kohlenstoffnanoröhrchen. Die Kettenenden bestanden jeweils aus einer positiv geladenen Aminogruppe (-NH3+). Diese Modifikation macht die winzigen Nadeln wasserlöslich. Zudem - und dies ist wesentlich - wirken die geladenen Gruppen sehr anziehend auf die negativ geladenen Phosphatgruppen von DNA-Rückraten. Mit Hilfe dieser elektrostatischen Anziehungskräfte gelang es, Plasmide, das sind kleine ringförmige DNA-Stücke aus Bakterien, fest an der Außenseite der Nanoröhrchen zu verankern. Die so präparierten Nanoröhrchen wurden anschließend mit einer Zellkultur aus Säugetierzellen in Kontakt gebracht und gelangten inklusive ihrer DNA-Fracht in die Zellen hinein. Durch elektronenmikroskopische Aufnahmen dünner Zellschnitte demonstrierten die Wissenschaftler eindrucksvoll das Eindringen der feinen Nädelchen durch die Zellmembran.

Für die Methode spricht auch, dass Kohlenstoffnanoröhrchen kaum schädlich für die Zellen sind, da sie, im Gegensatz zu einigen herkömmlichen Gentransportsystemen, die Membran während des Durchtritts nicht destabilisieren. Die eingeschleusten Gene erwiesen sich in der Zelle als funktionstüchtig. Kohlenstoffnanoröhrchen könnten aber nicht nur Gene transportieren, heißt es weiter. Durch andere Modifikationsverfahren könnten auch weitere Therapeutika "angedockt" und in Zellen eingeschleust werden.

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