Wien – Sogenannte Nanokäfige gelten als vielversprechende molekulare Strukturen, in deren Hohlräumen man etwa Medikamente an die Stellen im Körper bringen könnte, an denen sie ihre Wirkung entfalten sollen. Ein internationales Forscherteam mit österreichischer Beteiligung hat nun Nanokäfige aus kurzen Abschnitten der Erbsubstanz (DNA) hergestellt, die sich im Gegensatz zu anderen ähnlichen Strukturen als sehr robust erwiesen, berichtet das Team im Fachblatt "Nanoscale".

Hoffnungsträger

Als aussichtsreiche Kandidaten für die Herstellung von Nanokäfigen gelten sogenannte Dendrimere. Das sind chemische Verbindungen, die sich wie ein Baum verästeln. Mit ihrer baumartigen Struktur und einem schrittweisen Wachstum mit sich wiederholenden, selbstähnlichen Einheiten können diese Moleküle die gewünschten Hohlräume bilden.

In den vergangenen Jahren wurden bereits zahlreiche verschiedene Dendrimer-Arten hergestellt, viele davon hatten aber entscheidende Nachteile. So falteten sich bei zunehmendem Wachstum die äußeren Äste der einzelnen Bausteine zurück. Dies führte dazu, dass der Hohlraum im Inneren kleiner wurde bzw. ganz verschwand. Speziell in salzigen Lösungen verstärkte sich dieser Effekt, was etwa ihren Einsatz als Medikamenten-Transporter im Blut erschweren bzw. unmöglich machen würde, erklärt Christos Likos vom Fachbereich Computergestützte Physik der Universität Wien.

Likos und seine Kollegin Natasa Adzic haben gemeinsam mit Wissenschaftern der Technischen Universität (TU) Wien, des Forschungszentrums Jülich (Deutschland) und der Cornell University (USA) einen Weg gefunden, starre Dendrimere zu erzeugen, deren Äste sich auch bei starker Verzweigung nicht zurückfalten. Selbst in Lösungen mit hoher Salzkonzentration blieben die Nanokäfige stabil.

Aufgabenteilung

Aufgebaut sind diese Dendrimere aus dreiarmigen doppelsträngigen DNA-Abschnitten, die einem Ypsilon ähneln. Jeder Arm besteht aus 13 Basenpaaren und hat an seinem Ende einen DNA-Einzelstrang mit vier Basen. Dieser Einzelstrang wirkt als Klebeende, über den sich die einzelnen Y-Bausteine miteinander verbinden. Die relativ starren doppelsträngigen DNA-Elemente verleihen dem gesamten Molekül eine hohe Steifigkeit.

Während die Partner in Deutschland und USA die neuen Dendrimere im Labor in hohem Maße kontrollierbar schrittweise wachsen lassen können, haben die Wiener Forscher die Moleküle in Computersimulationen analysiert. Zwischen Experiment und Simulation gab es dabei nach Angaben der Wissenschafter eine ausgezeichnete Übereinstimmung, was die verwendeten theoretischen Modelle bestätigte.

Neben der Anwendung als Medikamenten-Transporter könnten solche DNA-Dendrimere auch als biokompatible künstliche Materialien eingesetzt werden. Likos nannte etwa eine künstliche Haut oder Beschichtungen als mögliche Anwendungen, da DNA-basierte Materialien ohne Probleme im Körper verwendet werden könnten. (APA, red, 18. 10. 2018)