Ferngesteuerte Mikrokapseln

Mikrokapseln können in biologische Zellen eindringen und per Lichtimpuls von außen ihren Inhalt gezielt freisetzen.

Ein Traum vieler Pharmakologen ist die Vorstellung, Medikamente gezielt an ihrem Wirkort in der Zelle applizieren zu können. Auf diese Weise ließen sich viele unerwünschte Nebeneffekte von Wirkstoffen vermeiden. Auch die Dosierung könnte verringert und genauer an den Bedarf der kranken Zelle angepasst werden. Als mögliches Werkzeug für eine solche Strategie bieten sich Mikrokapseln an: ein- oder mehrschichtige Kügelchen aus geeigneten Polymeren, in deren Hohlräume Wirkstoffe eingeschlossen werden. Dann müsste es nur noch gelingen, die Mikrokapseln in Zellen einzuschleusen und dort ihren Inhalt kontrolliert freizusetzen.

Eine Möglichkeit, wie so etwas gehen könnte, haben André Skirtach aus Potsdam und Wolfgang Parak aus München in ihren Arbeitsgruppen untersucht. Sie präparierten mehrschichtige Mikrokapseln mit einem Durchmesser von ca. 4,5 µm. Wurden diese Mikrokügelchen in Gegenwart eines Fluoreszenzfarbstoffes erhitzt, so nahmen sie den Farbstoff auf. Gleichzeitig wurden sie fester und stabiler und schrumpften auf ca. 3 µm.

In die Hüllen der Kapseln hatten die Wissenschaftler Nanopartikel aus Silber oder Gold eingebaut. Sie dienten als Absorptionszentren für Licht, sodass man durch Einwirken eines Laserimpulses die Kapseln zerstören und ihren Inhalt freisetzten konnte.

Nächster Schritt: Die Kapseln müssen von lebenden Zellen aufgenommen werden. Das geht ziemlich einfach, indem man eine Zellkultur über mehrere Stunden mit den Kapseln inkubiert. Die Autoren verwendeten dafür eine Tumorzelllinie. Durch geschickte Wahl der äußeren Bedingungen gelingt es, dass jeweils nur eine Kapsel pro Zelle aufgenommen wird. Lässt man dann einen Laserimpuls von außen auf die Zellen einwirken, so geben die eingeschlossenen Kapseln ihren fluoreszierenden Inhalt an das Zellinnere ab.

Kapseln die nicht inkorporiert wurden, sondern sich noch außerhalb der Zellen befinden, stören dabei nicht; sie bleiben unbeeinträchtigt und intakt.

Quelle: Angewandte Chemie

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  André G. Skirtach et al., Laser-Induced Release of Encapsulated Materials inside Living Cells, Angewandte Chemie 118 (28), 4728 (2006).
  http://dx.doi.org/10.1002/ange.200504599 
• Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung, Golm/Potsdam:
  http://www.mpikg.mpg.de/en/gf/ 
• Center for NanoScience, Ludwig-Maximilians-Universität München:
  http://www.cens.de