Die Medizin von morgen: Wie Nano-Medizin Krankheiten erkennen und heilen wird

Zukunftsvisionen der Nanomedizin
Nanotechnologie könnte die Medizin von morgen revolutionieren

Präziser, effizienter und – winzig klein: Die Zukunft der Medizin spielt sich auf der Nanoskala ab. Doch so klein die Technik auch sein mag, so groß werden voraussichtlich die Fortschritte sein, die die Medizin von morgen revolutionieren könnten

Seit einigen Jahren gelingen Wissenschaftlern mit Hilfe von Nanotechnologie immer wieder großartige Erfolge in der medizinischen Forschung. Instrumente schrumpfen dabei ins Miniaturformat, denn ein Nanometer ist nur ein milliardstel (!) Meter: Wir tauchen ein in die unsichtbare Welt der Atome und Moleküle. Hier untersuchen Forscher molekulare Stoffwechselvorgänge und lernen genetische Krankheitsursachen zu verstehen, indem sie die geheime Sprache des Körpers entschlüsseln.

Das Ziel: Krankheiten schneller aufspüren und dann vor allem effizienter behandeln. Denn das ist der große Vorteil der Nano-Technik. Mit ihrer Hilfe lassen sich Krankheiten in Zukunft womöglich früher erkennen, und damit auch und gezielter und kostengünstiger behandelt. Zukunftsforscher sehen hierfür großes Potential: „Einer der wichtigsten Anwendungsbereiche der Nanomedizin ist der gezielte Wirkstofftransport. Außerdem kann sie dabei helfen, die Ursachen und Abläufe von Krankheiten besser zu verstehen oder Biomaterialien herzustellen, die krankes oder totes Gewebe ersetzen”, erklärt Dr. Axel Zweck, Zukunftsforscher und Innovationsberater vom VDI-Technologiezentrum in Düsseldorf. Wenn diese Zukunftsvisionen erst einmal Realität werden, könnten sie sich ganz konkret auf unser Leben auswirken. Einige wichtige Beispiele:

Krebstumore entdecken: „Das Ideal zukünftiger Präventivmedizin ist es, Krankheiten bereits vor dem Ausbruch erster Symptome zu erkennen”, sagt Zweck. Die Zellen unseres Körpers sind etwa 10.000 bis 20.000 Nanometer groß. Sie kommunizieren über Botenstoffe, Proteine und DNA-Fragmente. Auch kranke Zellen senden Signale aus, sogenannte Biomarker. Und hier setzen die Forscher an: Sie versuchen , diese Indikatoren für Krankheit messbar zu machen.

So entdeckte Sangeeta Bhatia am weltweit renommierten Massachusetts Institute of Technology (MIT) eine Möglichkeit Krebszellen in der Leber mit probiotischen Bakterien in Joghurt nachzuweisen. Die harmlosen E.Coli-Bakterien wurden von ihrem Forschungsteam so programmiert, dass sie den Tumor aufspüren und ein Signal aussenden, das problemlos über einen Urintest nachgewiesen werden kann. In Tests mit Mäusen spürten die Bakterien immerhin fast 90 Prozent der Metastasen auf. Zudem traten dabei keinerlei schädliche Nebenwirkungen auf.

Diagnose per Mikrochip: Zukunftsforscher Zweck erwartet, dass durch die Fortschritte in der Nanomedizin die präventive Behandlung mehr und mehr in den Vordergrund rückt: „Das würde allerdings auch bedeuten, dass die Menschen zukünftig auch ohne Krankheitsanzeichen regelmäßig zu Voruntersuchungen und kurzfristigen Screenings gehen müssten.” Nur so könnten Krankheiten noch vor ihrem Ausbruch diagnostiziert werden.

Lernt die Medizin aber die ausgesendeten Signale einzelner Zellen in Zukunft besser zu verstehen, könnte das die Diagnose von Krankheiten derartig vereinfachen, dass große Labore und langes Warten auf Testergebnisse kaum noch notwendig sind. Dann wäre vielleicht auch eine andere Forschungsvision möglich: „Es erscheint denkbar, dem Patienten in Zukunft miniaturisierte und biokompatible Diagnostiksysteme zu implantieren”, meint Zweck. In Form eines implantierten Mikrochips würde so jeder sein eigenes medizinisches Labor immer bei sich tragen. „Dadurch könnten Krankheiten schneller erkannt, aber auch Medikamente dosiert und deren Wirkung überwacht werden”, so der Forscher.

Medikamente gezielt durch den Körper lotsen: Auch in der Behandlung von Krankheiten spielt die Nanotechnologie eine große Rolle: „Sie ermöglicht es uns Moleküle in Zellen zu transportieren. Mit sogenannten ‚Nanocarrier‘ können wir bald Nukleinsäuren, Proteine und Medikamente gezielt in die Zellen einschleusen und so beinahe jede Zellfunktion steuern”, erklärt Dr. Martin Stewart vom Koch Institute for Integrative Cancer Research des MIT in Cambridge, Massachusetts. Eine Molekülschicht an der Oberfläche der Nanopartikel dient als Tarnung, damit sie vom Immunsystem nicht abgestoßen oder von der Leber aus dem Körper gefiltert werden. Die Partikel docken dann an bestimmten Rezeptoren auf der Zellenmembran an und gelangen so in ihr Inneres, wo sie die geladenen Moleküle oder Medikamente freisetzen.

Dieser gezielte Transport der heilenden Wirkstoffe birgt die Möglichkeit nur tatsächlich kranke Zellen zu behandeln – eine Idee, die vor allem in der Krebsforschung verfolgt wird. Denn die in der Chemotherapie eingesetzten Chemikalien greifen unspezifisch alle Zellen des Körpers an, auch die gesunden. Zahlreiche Nebenwirkungen der Behandlung könnten verhindert werden, wenn Nanopartikel den Krebszellen ganz gezielt die chemotherapeutischen Moleküle verabreichen könnten.

Nanomedizin
Diese Aufnahme aus den Laboren des MIT zeigt mit Nanopartikeln beladene T-Zellen, die Krebstumorzellen (grün) daran hindern, weiter zu wachsen. Sobald die Partikel (gelb) freigesetzt werden, senden sie Signale zu weiteren T-Zellen in der Umgebung aus, damit diese sie im Kampf gegen den gefährlichen Tumor unterstützen

Vorboten einer neuen Medizin
Um diesem Ziel etwas näher zu kommen, entwickelte ein Forschungsteam des MIT 2015 ein Gel, das das Verabreichen von Medikamenten verbessern soll. In dem Gel befinden sich Nanopartikel, die zwei unterschiedliche Medikamente transportieren, die nacheinander freigesetzt werden und die Tumorzellen so zerstören. Bei Mäusen konnten Lungen- und Brustkrebszellen durch das injizierte Gel stark geschrumpft werden. „Ich denke, das ist ein Vorbote dessen, was Nanomedizin in Zukunft für uns tun kann”, sagt Dr. Paula Hammond, die die Forschung leitete.

Tom Mallouk von der Penn State University in Pennsylvania geht in der Steuerung der Partikel noch einen Schritt weiter: 2014 gelang seinem Team erstmals, was bisher nur im Labor möglich war. Sie steuerten winzige Nanomotoren per Ultraschall durch echte menschliche Zellen. Mallouk träumt davon, dass Nanomotoren irgendwann „durch den Körper umherfahren, miteinander kommunizieren und verschieden Arten von Diagnosen und Therapien durchführen.”

Erhalten, erneuern oder optimieren?
Sind ganze Körperteile oder Organe krank, wird Nano-Tech zukünftig womöglich helfen, den Körper schneller und besser zu reparieren – das Gebiet der sogenannten regenerativen Medizin: „Zukünftig könnten auf den einzelnen Patienten abgestimmte Implantate mit einer speziellen nanostrukturierten Oberfläche hergestellt werden”, sagt Zukunftsforscher Zweck. Diese Implantate ersetzen zerstörtes Gewebe, kaputte Gelenke oder funktionsuntüchtige Organe. Eine spezielle Nano-Oberfläche soll dafür sorgen, dass sich das Implantat besser in das umliegende Gewebe einfügt und nicht vom Körper abgestoßen wird.

Mit dem denkbaren Gen-Supermann drängt die Ethik ins Spiel
Auf lange Sicht ließen sich durch solche medizinische Eingriffe sogar ganze Körperfunktionen optimieren”, meint Zweck. Denn solches Nanotech-Zell-Engineering hat nicht nur das Potenzial, viele genetische Erkrankungen zu heilen: Das sogenannte Genome Editing, der Eingriff in das menschliche Erbgut, könnte es irgendwann ermöglichen, die Funktionen einzelner Zellen zu erweitern: „Stellen Sie sich vor wir könnten rote Blutzellen genetisch so programmieren, dass sie mehr Sauerstoff aufnehmen. Das würde die Leistungsfähigkeit stark verbessern”, erklärt Stewart. Daraus ergeben sich auch ethische und gesellschaftliche Fragen: „Problematisch wäre beispielsweise, wenn irgendwann ein gesellschaftlicher Zwang entsteht, sich optimierenden Verfahren zu unterwerfen, nur um mithalten zu können”, meint Zweck. Um das zu verhindern, brauche es eine intensive, gesellschaftliche Auseinandersetzung mit dem Thema: „Wir müssen unsere Zukunft aktiv gestalten”, sagt Dr. Zweck. 

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