UV-Licht treibt Mini-Bohrer in Krebszellen

Mehr als zwei Millionen Umdrehungen pro Sekunde. Mit dieser rekordverdächtigen Rotation dringt der kleinste Bohrer der Welt in Krebszellen ein. Die Nanomaschine besteht aus nur einem Molekül. Sie wurde jetzt von einem Forscherteam um James Tour von der Rice University in Houston im Wissenschaftsmagazin „Nature“ vorgestellt.

Angetrieben wird der Bohrer durch ultraviolettes Licht. „Wir dachten, dass wir die Nanomaschinen einfach mal an die Zellen anbinden, sie anschalten und schauen was passiert“, sagt James Tour. Die Motoren sind nur ungefähr einen Nanometer breit. Sie könnten, nachdem sie in die Krebszellen eingedrungen sind, entweder deren Membran komplett zerstören oder Medikamente im Inneren deponieren.

Die Rotation und die Kraft der Moleküle ist stark genug, um die bis zu zehn Nanometer dicke Membran der Zellen so weit zu öffnen, dass deren Plasma ausläuft und sie somit absterben, berichten die Forscher weiter. Es dauert ungefähr eine Minute bis der Minibohrer die Krebszelle durchdrungen hat. „Es ist sehr unwahrscheinlich, dass Zellen dagegen eine Abwehrstrategie entwickeln“, meint Tour.

Die Illustration zeigt ein motorisiertes Molekül, das nach Lichteinfluss in die Membran einer Krebszelle eindringt. (Credit: Tour Group/Rice University)

Das Bohr-Prinzip, das die Forscher benutzten, basiert auf einer Entdeckung, die der niederländische Chemiker Ben Feringa entwickelte und für das er im Jahr 2016 den Nobelpreis für Chemie erhielt. Dabei führt man einem speziell konstruiertem Molekül Energie zu, zum Beispiel in Form von Stromstößen oder von Licht. Moleküle, deren Bewegungen man exakt kontrollieren kann, konstruiert man seit den 1990er Jahren. Sie rotieren zum Beispiel um eine Doppelbindung, wie im Fall des Experiments des Teams von James Tour. Durch UV-Licht angeregt, drücken diese Moleküle durch ihre Rotation die Membran der Krebszellen beiseite. Die rasante Drehzahl verhindert, dass sich die Membran wieder schließt. Wasser aus dem Inneren der Krebszelle läuft aus und sie stirbt ab.

Ein großer Vorteil der neu entwickelten Methode ist nun, dass die Mini-Bohrer nur unter UV-Licht mit ihrer zerstörerischen Arbeit beginnen. Damit kann man sehr gezielt von Krebszellen betroffene Regionen im Körper behandeln.

Originalveröffentlichung:
Molecular machines open cell membranes;
Nature 548, 567–572 (31 August 2017) doi:10.1038/nature23657