Polymere sind als Materialien (Plastik) allgegenwärtig und sie prägen unser Jahrhundert. Auch im Bereich der Nanomedizin können sie eine neue Rolle einnehmen, z.B. bei der Modulation des Immunsystems.

Nanopartikel finden seit längerem großes Interesse in der Medizin, da sie Wirkstoffverteilungen im Körper verändern. Sie können Wirkstoffe einschließen und damit oft ihren Verbleib im Körper verlängern (Nanopartikel sind ab einer gewissen Größe nicht mehr „nierengängig“), sie können sensible Wirkstoffe (z.B. DNA oder RNA für die Gentherapie) vor einem vorzeitigen Abbau im Körper schützen und sie haben das Potenzial, Wirkstoffe in bestimmte Organe und Gewebe bevorzugt freizusetzen. Aufgrund ihrer Größe reichern sich Nanopartikel speziell in Geweben mit einer „offeneren Vaskularisation“ an. Dazu gehören viele Tumore, aber auch zugängige Lymphknoten sowie Leber und Milz. Da sie sich im Tumor anreichern, wurden Nanopartikel bisher meist nur für die Tumortherapie untersucht.

Wir heutigen Menschen sind gewohnt im Krankheitsfall Medikamente (sprich: chemische Verbindungen) einzunehmen. Aber auch vor der Erfindung von Antibiotika und Virostatika konnten die Menschen Erkrankungen wie Infektionen überstehen. Dafür besitzt der Körper das Immunsystem, das in der Lage ist, eingedrungene Krankheitskeime, aber auch mit Viren befallene Körperzellen zu bekämpfen. Dies macht man sich bei Impfungen zu Nutze (so wie hoffentlich bald bei der Bekämpfung der Covid-19 Ausbreitung). Dabei zielt man auf eine gezielte vorzeitige Aktivierung des Immunsystems mit anschließender Ausbildung eines immunologischen Gedächtnisses ab. Im Gegenzug dazu gehen Erkrankungen oft mit einer vorübergehenden Schwächung des Immunsystems einher.

Der letzte Punkt betrifft auch das Auftreten von Tumorerkrankungen. Man weiß heute, dass tagtäglich zahlreich Zellen entarten, die zu einem Tumor heranwachsen könnten. Im Frühstadium werden diese jedoch vom Immunsystem erkannt und unmittelbar vernichtet. Manchmal können diese mutierten Zellen jedoch auch zu einem Tumor heranwachsen, der dann für den Patienten gefährlich wird. Dort haben Tumorzellen einen Weg gefunden, sich vor dem Immunsystem zu verstecken. Tumorzellen fällt dies vergleichsweise leicht, da es sich bei ihnen um Zellen des eigenen Körpers handelt, die deshalb nicht so schnell als „fremd“ erkannt werden wie externe Pathogene (also Bakterien, Viren oder Parasiten). Dies ändert aber nichts an der generellen Feststellung, dass sich Tumore auch mit dem körpereigenen Immunsystem bekämpfen lassen - ein Befund, der derzeit durch die sehr erfolgreichen Immuntherapien mittels „Check-Point Inhibitoren“ demonstriert wird. Es ist hierbei nur nötig, dass das Immunsystem ausreichend stark und gezielt aktiviert und, im besten Falle gleichzeitig, eine Toleranz des Immunsystems den Tumorzellen gegenüber aufgehoben wird.
 

Die Entwicklung von Nanopartikeln zur gezielten Aktivierung des Immunsystems setzt eine enge Zusammenarbeit zwischen polymerchemisch arbeitenden Gruppen mit Wissenschaftlern der Pharmazie und der Medizin voraus [1]. Solche Arbeiten sind nur in einem breit gespannten Team von Wissenschaftlern möglich wie z. B. im SFB1066. 
Unter chemischen Aspekten bietet dabei der Forschungs-Campus in Mainz (Naturwissenschaften der Johannes Gutenberg-Universität Mainz und das Max-Planck Institut für Polymerforschung) eine breite Palette von unterschiedlichen Nanopartikeln, die mit niedermolekularen Wirkstoffen, mit Peptiden und ganzen Proteinen (Antigene) oder mit funktioneller DNA oder RNA beladen werden können. Experimente zur Stimulierung des Immunsystem oder zur Aufhebung der Immuntoleranz werden dann an der Universitätsmedizin Mainz in verschiedenen Studien durchgeführt. 
 

Autor: Prof. Dr. Rudolf Zentel (Universität Mainz) für den Vorstand des SFB 1066 (M. Diken, S. Grabbe, K. Landfester, L. Nuhn, D. Schuppan, R. Zentel)
Redaktionelle Bearbeitung: Lisa Süssmuth, GDCh

Weitere Informationen zum Sonderforschungsbereich 1066.