Polymere für die Medizin

Polymere finden in der Medizin ein breites Anwendungsspektrum – von sterilisierbaren Verpackungen, Wegwerfhandschuhen, der Medikamentenkapsel oder als Transporter von Wirkstoffen, wie beispielsweise den mRNA-Impfstoffen, die in Nanopartikeln verpackt werden. An unserem Institut entwerfen wir polymere Materialien, mit denen verschiedene medizinische Herausforderungen gemeistert werden können.

Der Arbeitskreis von Katharina Landfester forscht an polymeren Nanokapseln, die sich im Körper fortbewegen und gezielt mit Zellen und Gewebe in Wechselwirkung treten können. Medikamente werden hierbei in nanometergroßen Polymerhüllen verpackt und können so beispielsweise Tumorgewebe oder Zellen des Immunsystems gezielt anzusteuern, um dort Wirkstoffe effizient freizusetzen. So könnte die Wirkung von Medikamenten verbessert und mögliche Nebenwirkungen reduziert werden. Auch das „Cloaking“ – das Verstecken von Medikamenten vor dem Immunsystem des Körpers – könnte in Zukunft ermöglichen, Nebenwirkungen zu reduzieren oder bisher nicht zugängliche Körperregionen adressierbar zu machen.

Auch nanometergroße Diamanten aus dem Arbeitskreis von Tanja Weil könnten in Zukunft für medizinische Zwecke eingesetzt werden. Im Bereich der Diagnose werden in das Diamantmaterial gezielt atomare Defekte eingebaut, was sie zum „Leuchten“ bringen kann. Ihre Leuchtkraft wird dabei von Umgebungsparametern wie Temperatur oder pH-Wert beeinflusst, wodurch diese Parameter in lebenden Systemen von außen messbar werden.

Nanodiamanten könnten aber auch für die photodynamische Therapie verwendet werden. Hier werden diese Nanopartikel so modifiziert, dass sie von Krebszellen aufgenommen werden. Danach kann lokal durch Lichteinstrahlung Wärme erzeugt und Krebszellen in den kontrollierten Zelltod geführt werden. Der Temperaturanstieg in Zellen lässt sich über die Nanodiamanten sogar auslesen.

Ebenfalls im Arbeitskreis von Tanja Weil werden Peptide in vielfältiger Weise verwendet. Mit diesen molekularen Bausteinen, die sich wie Legosteine zu einem Netzwerk zusammenfügen können, werden neuartige Therapieansätze entwickelt: Krebszellen können von innen heraus zerstört werden, Nervenbahnen wird ein Rankgerüst geboten, um wieder zusammenzuwachsen und Viren können damit als Transporter genetisches Material in Zellen einschleusen.

Im Arbeitskreis von Paul Blom wird organische Elektronik entwickelt, um die Wirkungsweise von Medikamenten im menschlichen Körper bereits im Labor zu untersuchen. Hierfür werden Transistoren aus organischen Materialien hergestellt, die als eine Art Konverter zwischen Ionenstrom und Elektronenstrom dienen. Hiermit kann mit Hilfe künstlicher Zellbarrieren im Labor der Prozess nachgestellt werden, wie Medikamente vom Darm über die Darmwand ins Blut transferiert werden. So kann in Zukunft hoffentlich die Medikamentenentwicklung beschleunigt werden, indem Tierversuche durch Laborversuche ersetzt werden können.