Nanobiotechnologie - eine Querschnittstechnologie mit großem Potential

 

Nach der Etablierung der Gen- und Biotechnologie, die als Querschnittstechnologien in vielen Bereichen wie der Medizin, der Landwirtschaft und der Chemie zur Anwendung kommen, verspricht die noch junge Forschungsrichtung der Nanobiotechnologie (Schnittstelle zwischen Nano- und Biotechnologie) weitere große Fortschritte, insbesondere in den Lebenswissenschaften. Deutschland ist derzeit weltweit führend in diesem Forschungsbereich. Mit Hilfe der Nanobiotechnologie könnten Diagnose- und Therapiemöglichkeiten für bisher nicht oder nur unzureichend behandelbare Erkrankungen entwickelt bzw. weiter verbessert werden.

Sowohl die Bio- als auch die Nanotechnologie gehören zu den Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts, da beide als typische Querschnittstechnologien eine Vielzahl von Technologiefeldern grundlegend verändern und dadurch ein enormes Innovations- und Wachstumspotenzial aufweisen. Charakteristisch für die Nanotechnologie ist, dass sie mit Materialien arbeitet, die kleiner als 100 Nanometer sind (ein Nanometer ist der millionste Teil eines Millimeters; 100 Nanometer entsprechen dem Durchmesser eines Grippe-Virus) und diese kleinen Teilchen ganz andere mechanische, chemische, optische, elektrische, magnetische und sonstige Eigenschaften haben als herkömmliche Materialien.

Im Bereich Lebenswissenschaften ist die Nanobiotechnologie der-zeit vor allem darauf ausgerichtet, den nanoskaligen Bereich für die Miniaturisierung und die Unterstützung bzw. Kontrolle biotech-nologischer und biologischer Prozesse zu nutzen. Ziel ist die Untersuchung der Zellbiologie auf zellulärer und molekularer Ebene. So werden beispielsweise Techniken zur Untersuchung kleinster Probenmengen oder sogar zur Untersuchung einzelner Moleküle entwickelt. Experten erhoffen sich dadurch ganz neue Einsichten in die zellbiologischen Funktionen. Aber auch die Entwicklung neuer biokompatibler und biologisch abbaubarer Materialien wird vorangetrieben, die zum Beispiel nach Unfällen neue, schonendere Behandlungsmöglichkeiten bieten.

Weitere Forschungsprogramme zielen darauf ab, neue Therapieop-tionen unter Einsatz nanobiotechnologischer Methoden zu entwi-ckeln. Vorrangig wird hierbei an Systemen gearbeitet, die Arzneistoffe oder Gene zielgerichtet an den Ort ihrer Wirkung bringen (Wirkstofftransport/Drug Delivery Systems). Ziel ist, die Wirksamkeit von Medikamenten zu verbessern und diese verträglicher zu machen. Optimistische Prognosen besagen, dass innerhalb der nächsten 10 bis 15 Jahre bei bis zur Hälfte aller Arzneimittel die Nanobiotechnologie eine Rolle spielen könnte, sei es beispielsweise bei den vorgeschalteten Forschungsaktivitäten, dem Wirkstoff als solchem oder dessen "Verpackung" (Darreichungsform).

Bereits heute werden im medizinisch-pharmazeutischen Bereich nanobiotechnologische Methoden eingesetzt. Dazu zählt das Hoch-Durchsatz-Screening, das mit Biosensoren im Nano-Maßstab - basierend zum Beispiel auf Enzymen oder Antikörpern - arbeitet und mit dessen Hilfe neue Leit- und Zielstrukturen für Medikamente gesucht werden. Dieses Verfahren hat einen festen Platz in der Arzneimittelentwicklung inne. Außerdem gibt es bereits heute Nanopartikel, die lokal Wirkstoffe freisetzen oder nanostrukturierte Oberflächen zur Herstellung von bioaktiven Prothesen. Darüber hinaus befinden sich weitere Nanobiotechnologie-Projekte im Bereich Lebenswissenschaften in unterschiedlichen Entwicklungsstadien, beispielsweise:

• "Biochips" für Tests, mit Hilfe derer Krankheiten wie Alzheimer, Krebs, Multiple Sklerose oder rheumatoide Arthritis sehr rasch und frühzeitig erkannt werden können
• Nanopartikel-basierte Kontrastmittel, die gezielt an kranke Zellen binden und eine wesentlich schnellere und bessere Diagnostik mit bildgebenden Verfahren ermöglichen sollen
• Nanoskalige Polymerkapseln, mit denen Chemotherapeutika direkt zum Tumor gebracht und dort mittels eines Laserpulses freigesetzt werden; dadurch kann das umliegende gesunde Körpergewebe geschont werden
• Nanopartikel, die die Blut-Hirn-Schranke überwinden können und so zum Beispiel die gezielte Behandlung von Hirntumoren ermöglichen sollen
• die Nano-Krebstherapie, bei der winzige Eisenpartikel in das Tumorgewebe gespritzt oder mit einem Magneten dorthin diri-giert und dann mit Hilfe eines magnetischen Wechselfelds zum Vibrieren angeregt werden; die dadurch entstehende Wärme tötet die Tumorzellen ab
• "Gentaxis" als Grundlage für die effiziente und sichere somati-sche Gentherapie. Diese Gentaxis basieren auf Nanopartikeln, an deren Oberfläche die DNA-Sequenzen haften. Die Nanopartikel selbst werden unverändert wieder ausgeschieden, während die DNA in den Zellkernen verbleibt.

Die Nanobiotechnologie bietet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten: in der Arzneimittelentwicklung, bei der Entwicklung neuer Arzneimitteldarreichungsformen, in der Diagnostik, im Bereich bildgebender Verfahren wie Computertomographie oder Magnetresonanztomographie und bei der Therapie von Krankheiten.

Die Nanobiotechnologie birgt somit ein großes Potenzial für die Forschung und Entwicklung, den wissenschaftlichen und medizinischen Fortschritt, für die Patienten und für den Forschungs- und Wirtschaftsstandort Deutschland.