2023 Autor: Bryan Walter | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-05-24 23:09
Sperma (schematisch)
Forscher des Instituts für Integrative Nanowissenschaften und der Technischen Universität Deutschland haben gelernt, wie man Samenzellen kontrolliert und mit ihrer Hilfe Medikamente an Krebszellen liefert. Die Vorschau ist auf arXiv.org zu sehen.
Das Problem der Punktarzneimittelabgabe ist für die Behandlung von Krebs sehr relevant. Medikamente können gesunden Zellen schaden, zudem wird ihre Wirksamkeit durch die direkte Wechselwirkung mit dem Tumor deutlich gesteigert. Wir haben bereits erwähnt, dass es verschiedene Entwicklungen von Methoden für einen solchen Transport gibt, einschließlich der Konstruktion von Peptid-, Lipid- und sogar Lipid-Gold-Nanopartikeln sowie beispielsweise der Modifikation von Lymphozyten, Erythrozyten, Stammzellen und sogar Makrophagenviren. Unabhängig davon wurden Experimente mit Bakterien durchgeführt, die sich selbst bewegen, sich in physiologischen Umgebungen besser fühlen und leichter in Gewebe eindringen. Man hat bereits gelernt, die Bewegung solcher Bakterien mit Magneten und Chemikalien zu kontrollieren. Aber die Arbeit mit Bakterien ist oft mit der Entwicklung von Autoimmunreaktionen im Körper verbunden. Deutsche Wissenschaftler beschlossen, Samenzellen zur Behandlung von onkologischen Erkrankungen des Fortpflanzungssystems bei Frauen zu verwenden.
Spermien sind die kleinsten Zellen des menschlichen Körpers; im Gegensatz zu den meisten anderen sind sie in der Lage, sich aktiv und unabhängig im Raum zu bewegen. Die Samenzelle besteht aus einem Kopf, einem Mittelteil und einem Schwanz. Die Bewegung der Spermien ist auf die Arbeit der Ansammlung von Mitochondrien (Mitochondrien) zurückzuführen, die sich im mittleren Teil befinden und Energie für die Bewegung des Schwanzes liefern. Der Schwanz hat ein Zytoskelett, das durch Mikrotubuli dargestellt wird. Im Körper des Wirts bewegen sich die Samenzellen praktisch nicht, aber sobald sie in einem anderen Organismus sind, beginnen sie, sich aktiv um ihre eigene Achse zu drehen und sich vorwärts zu bewegen. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Samenzelle kann dreißig Zentimeter pro Stunde erreichen, verlangsamt sich jedoch mit der Zeit. Für die Befruchtung müssen die Spermien etwa zwanzig Zentimeter passieren, und dies geschieht im Durchschnitt 1-2 Stunden nach der Ejakulation.
Mithilfe von Zwei-Photonen-3D-Nanolithographie haben Wissenschaftler spezielle Konstrukte geschaffen - "Tetrapoden", das sind leere Kegelstümpfe mit vier Griffen, die mit einer dünnen Schicht aus Eisen und Titan bedeckt sind. Ihre optimale Geometrie wurde durch Computersimulationsmethoden ausgewählt. Diese Konstrukte werden mit den Spermien vermischt, so dass die Spermienköpfe durch Griffe im Inneren der Zapfen verankert werden. Die Bewegung der resultierenden Spermien ist doppelt so langsam wie normal, kann aber durch einen externen Magneten gesteuert werden. Beim Erreichen des Tumors setzen die Griffe durch eine mechanische Kollision Spermatozoen frei, ihre Membranen verschmelzen mit Tumorzellen und das Medikament dringt in den Tumor ein.
Versuchsdesign: Behandlung von Spermatozoen mit Doxorubicin, Einschluss in Tetrapoden und Abgabe des Medikaments an den Tumor
Wissenschaftler haben mit Rinder-Spermatozoen gearbeitet, weil sie eine ähnliche Form wie der Mensch haben. Zur zusätzlichen Aktivierung der Zellen wurde dem Medium das Hormon Progesteron zugesetzt. In einem Experiment wurden Spermien mit Doxorubicin behandelt, einem üblichen Chemotherapeutikum, das effektiv und in großen Mengen in ihre Köpfe eindrang, und dann mit "Tetrapoden" vermischt. Die Arbeit der erhaltenen Konstrukte wurde an künstlichen Tumoren getestet – Kulturen menschlicher HeLa-Zellen. Innerhalb eines Tages töteten solche Spermatozoen etwa die Hälfte der Kultur ab und zeigten im Allgemeinen eine höhere Effizienz der Abgabe im Vergleich zu einer einfachen medikamentösen Behandlung. In einem anderen Experiment wurde der FITC-BSA-Wirkstoff (er führt nicht zur Zellapoptose, aber er leuchtet) verwendet, um die Art der Ausbreitung des Arzneimittels im Tumor zu untersuchen und die wirksame Einführung des Wirkstoffs in den Tumor zu bestätigen Gewebe. Anscheinend wird es aufgrund der Beweglichkeit von Spermatozoen und ihrer Fähigkeit, Hyaluronsäure, die in extrazellulären Strukturen enthalten ist, abzubauen, bereitgestellt.
Die Verwendung von Sperma zur Arzneimittelabgabe vermeidet die toxische Wirkung, die anderen ähnlichen Methoden innewohnt. Samenzellen werden vom Körper nicht als Krankheitserreger erkannt und können sich nicht wie bei Bakterien oft selbst vermehren. Darüber hinaus sind sie ziemlich stabil, können im Vergleich zu Mikrokapseln und anderen Nanopartikeln eine erheblich größere Menge einer Substanz an den Tumor abgeben und können lange Zeit in einem fremden Organismus leben. In Zukunft, so hoffen die Wissenschaftler, können damit nicht nur onkologische Erkrankungen des Fortpflanzungssystems behandelt werden, sondern auch andere Erkrankungen wie entzündliche Prozesse im kleinen Becken oder Endometriose.
