Entwicklung eines intelligenten Mehrfach-Wirkstoffabgabesystems für kombinatorische Therapien mittels DNA-Nanotechnologie

• Antragsteller: Yosub Ha, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien ; Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 574547697

Dieses Forschungsprojekt zielt darauf ab, ein intelligentes Wirkstofffreisetzungssystem zu entwickeln, das kombinatorische Krebstherapien hochspezifisch und programmierbar umsetzt. Tumorheterogenität – die Vielfalt genetischer und phänotypischer Merkmale innerhalb eines Tumors – erschwert nach wie vor eine effektive Behandlung. Herkömmliche Chemotherapien scheitern häufig daran, alle Krebszellpopulationen zu beseitigen, was zu Rückfällen und Resistenz führt. Kombinatorische Therapien, die chemische Wirkstoffe mit physikalischen Methoden wie der Photothermotherapie kombinieren, haben sich als vielversprechend erwiesen, stoßen jedoch auf erhebliche Einschränkungen in der Medikamentenfreisetzung. Derzeitige Wirkstoffabgabesysteme weisen drei Hauptprobleme auf: mangelnde Spezifität gegenüber Krebszellen, unzureichende Kontrolle über Zeit und Ort der Freisetzung sowie eingeschränkte Fähigkeit zur sequentiellen Abgabe mehrerer Medikamente. Dieses Projekt adressiert diese Herausforderungen durch den Entwurf eines DNA-responsiven Mehrfach-Wirkstoffabgabesystems, das selektiv nur in Krebszellen aktiviert wird und Wirkstoffe in einer programmierbaren Reihenfolge freisetzt. Das Projekt umfasst zwei Hauptteile. Im ersten Teil wird ein Hydrogel mit mehreren DNA-stabilisierten, biopolymerbasierten Nanopartikeln entwickelt, die verschiedene Wirkstoffe – darunter drei Medikamente und Silbernanopartikel – enthalten. Durch Kontakt mit physiologischen Salzkonzentrationen wird eine DNA-basierte Kaskade ausgelöst, die die Wirkstoffe nacheinander freisetzt. Im zweiten Teil wird ein doppelschichtiger Nanocarrier entwickelt. Die äußere Schicht enthält ein chemisches Medikament, die innere einen nahinfrarot (NIR)-aktiven Farbstoff für photothermische Therapie. Das System reagiert auf krebstypische Mikro-RNAs. Nach dem Eintritt in eine Krebszelle wird zunächst das Medikament aus der äußeren Schicht freigesetzt; anschließend wird durch DNA-Strangverdrängung der Farbstoff aus der inneren Schicht aktiviert. Nach Laserbestrahlung wird Wärme erzeugt, was die kombinatorische Therapie verstärkt. Das Gesamtsystem ermöglicht somit eine gezielte, mehrstufige Freisetzung therapeutischer Substanzen ausschließlich in Krebszellen. Die Kombination aus biomolekularer Steuerung und DNA-Nanotechnologie verspricht eine neue Generation präziser Krebstherapien mit hoher klinischer Relevanz und minimalen Nebenwirkungen.

• DFG-Verfahren: WBP Stelle