Forschern des IFW Dresden und der TU Chemnitz gelang es, mittels 3D-Druck kleine Mikroröhrchen herzustellen, die für die Führung von Spermien eingesetzt werden und eine effektivere Krebsbehandlung ermöglichen sollen.

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Allein in Deutschland erkranken jedes Jahr mehrere Tausend Frauen an verschiedenen gynäkologischen Krebsarten, in den USA sind mehr als 100.000 Frauen pro Jahr von diesen Erkrankungen betroffen.

Spermien ideale Behandlungsmöglichkeit

Spermien weisen die natürliche Fähigkeit auf, länger in der Gebärmutter zu verweilen. Zugleich haben sie aber noch weitere Qualitäten, welche für eine kontrollierte Arzneimittelabgabe von Vorteil sind. Dazu gehören der Selbstantrieb und die Fähigkeit, die Zellwand zu durchbohren. So ist es möglich, das Medikament direkt in die Krebszelle zu injizieren. Gleichzeitig besitzen die Spermien mit ihrer paddelartigen Struktur eine hohe Aufnahmekapazität.

3D-gedruckte Microtubes steuern die Spermien

Mit der 3D-Nanolithographie nutzen die Forscher des IFW Dresden und der Technischen Universität Chemnitz ein Verfahren, um kleine Mikroröhrchen (Microtubes) zu entwickeln, die für die Aktivierung und vor allem für die Lenkung der Spermien sorgen sollen. Zugleich soll das Sperma bei Kontakt mit einer Zelle die injizierte medikamentöse Substanz freisetzen, in die es zuvor eingeweicht wurde. In der Regel handelt es sich um ein Medikament mit dem Wirkstoff Doxorubicin.

Spermien mit Microtubes.
Spermien mit den 3D-gedruckten Tetrapods. (Bild: Screenshot Xu, Medina-Sánchez,Magdanz, Schwarz, Hebenstreit und Schmidt)

Die Struktur aus Spermie und Microtube nimmt die Form eines „Tetrapods“ an und ist mit vier Armen versehen, die sich mit einer anderen Zellwand verbinden können, sodass die Spermien direkt aus dem Gehäuse in die Krebszelle schwimmen können. Die Tetrapoden bestehen aus lichtreaktivem IP-Dip-Material, welches von der Nanoscribe GmbH produziert wird. Dieses Material wird mit Eisen beschichtet und ist magnetisch.

Bei den Testversuchen in der Petrischale wurden die Tetrapod-Spermien zusammen mit HeLa-Gebärmutterhalskrebszellen, ein eine spezielle Vorrichtung eingeführt, um so die Auswirkungen des Kontakts zwischen den Zellen untersuchen zu können. Erste Ergebnisse zeigten, dass in mehr als 2/3 aller Fälle (15 von 22 Fällen) die Spermien erfolgreich freigesetzt werden konnten.

Grafische Darstellung der Wirkungsweise des Verfahrens.
Die mit einem Medikament versehenen und einem Tetrapod versehenen Spermien sollen die Zellwände durchstoßen und dort das Medikament freisetzen. (Bild: © Xu, Medina-Sánchez,Magdanz, Schwarz, Hebenstreit und Schmidt)

Zukunftsweisende Forschung

Natürlich gibt es immer noch Herausforderungen zu überwinden, bevor diese Methode am lebenden Organismus getestet werden kann. Es ist jetzt aber durchaus vorstellbar, dass mit den Spermien-Hybridsystemen eine in situ-Krebsdiagnose und -behandlung in naher Zukunft erfolgen kann. Das Verfahren stößt auch deshalb auf großes Interesse, da Medikamente, die für eine Chemotherapie eingesetzt werden, erhebliche Schäden an lebenden Zellen verursachen, auch wenn diese nicht von der Krankheit betroffen sind. Gerade bei der Krebsbehandlung ist deshalb eine kontrollierte Arzneimittelabgabe direkt in den betroffenen Zellen von enormem Vorteil. Der vollständige Forschungsbericht mit dem Namen „Molecular Insights into Division of Single Human Cancer Cells in On-Chip Transparent Microtubes“ kann hier nachgelesen werden.

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