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Nano-Technologie Die Medizin von morgen

28.10.2015 , Autor:Anna Ullrich
© WomensHealth.de

Eine neue Technologie revolutioniert die Medizin: präziser, effizienter und winzig klein – umso größer sind allerdings die Fortschritte, die die Nano-Medizin ermöglichen könnte

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Wie Nanomedizin Krankheiten erkennen und heilen wird: Wie Nanomedizin Krankheiten erkennen und heilen wird
Nanotechnologie könnte die Medizin von morgen revolutionieren © MIT: Sudha Kumari & Yiran Zhang
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Die Nanotechnologie freiert seit einigen Jahren immer wieder großartige Erfolge in der medizinischen Forschung. Gleichzeitig schrumpfen die dafür notwendigen Instrumente ins Miniaturformat, denn ein Nanometer ist nur ein milliardstel (!) Meter. Die Mediziner tauchen ein in die unsichtbare Welt der Atome und Moleküle. Dort beobachten sie, wie die einzelnen Körperzellen miteinander kommunizieren und entschlüsseln über molekulare Stoffwechselvorgänge die geheime Sprache des Körpers, die Ihnen hilft, auch genetische Krankheitsursachen zu verstehen.

Die große Chance
Forscher erhoffen sich, Krankheiten mit Hilfe der Nano-Technik in Zukunft schneller aufspüren und dann vor allem effizienter behandeln zu können.Die Chancen dafür stehen nicht schlecht: „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. Sollten diese Forscherträume einmal wahr werden, könnten sie unser Leben verändern. So könnte die Medizin der Zukunft aussehen:

Krebsdiagnose mit Joghurt
„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.

Am renommierten Massachusetts Institute of Technology (MIT) entdeckte die Wissenschaftlerin Sangeeta Bhatia so eine Möglichkeit mit probiotischen Bakterien in Joghurt Krebszellem in der Leber nachzuweisen. Ihr Forschungsteam programmierte die harmlosen E.Coli-Bakterien so, dass sie ein Signal aussenden, sobald sie auf einen gefährlichen Tumor stoßen. Über einen Urintest kann dann problemlos nachgewiesen werden, ob sich Krebszellen in der Leber befinden oder nicht. Bei den Labortests mit Mäusen zeigten sihc keinerlei schädliche Nebenwirkungen und die Probiotika spürten rund 90 Prozent der Metastasen auf.

Health-Check per Mikrochip
Durch die Fortschritte in der Nanomedizin erwartet Zukunftsforscher Zweck, dass die präventive Behandlung immer mehr in den Vordergrund rücken wird: „Das würde allerdings auch bedeuten, dass die Menschen zukünftig auch ohne Krankheitsanzeichen regelmäßig zu Voruntersuchungen und kurzfristigen Screenings gehen müssten.” Allerdings würde die Diagnose von Krankheiten viel einfacher, wenn die Mediziner die ausgesendeten Signale einzelner Zellen in Zukunft besser verstehen. Schluss mit großen Laboren und langen Wartezeiten: „Es erscheint auch denkbar, dem Patienten in Zukunft miniaturisierte und biokompatible Diagnostiksysteme zu implantieren”, meint Zweck. Jeder würde sein eigenes medizinisches Labor in Form eines implantierten Mikrochips immer bei sich tragen. „Dadurch könnten Krankheiten schneller erkannt, aber auch Medikamente dosiert und deren Wirkung überwacht werden”, so der Forscher.

Reise durch den Körper
Auch in der Behandlung von Krankheiten könnte sich einiges verändern: „Die Nanotechnologie 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. Die Oberfläche dieser Nanopartikel ist mit Molekülen ausgestattet, die verhindern, dass der Körper sie als Eindringlinge erkennt und auf kürzestem Wege wieder los wird – die perfekte Tarnung. Finden sie ihr Ziel – zum Beispiel eine Tumorzelle – docken sie an Rezeptoren auf deren Zellenmembran an und gelangen so ins Innere der Zelle. Dort angekommen entladen sie ihre Fracht: die geladenen Moleküle, Proteine oder Medikamente.

Vor allem in der Krebsforschung birgt diese Idee des gezielten Transports der heilenden Wirkstoffe eine große Hoffnung. 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.

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Wie Nanomedizin Krankheiten erkennen und heilen wird

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

© MIT: Sudha Kumari & Yiran Zhang

Kleiner Vorgeschmack auf die Zukunft
Ein andere Forschungsteam des MIT entwickelte 2015 ein Gel, das die Behandlung von Lungen- und Brustkrebs verbessern soll. Darin befinden sich Nanopartikel, die zwei unterschiedliche Medikamente transportieren. Sie werden nacheinander freigesetzt und zerstören so die Tumorzellen. Bei Mäusen funktioniert das schon heute. „Ich denke, das ist ein Vorbote dessen, was Nanomedizin in Zukunft für uns tun kann”, sagt Forschungsleiterin Dr. Paula Hammond..

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.”

Nano-Teilchen fügen sich nahtlos ein
Sind ganze Körperteile oder Organe krank, wird die Nano-Medizin zukünftig womöglich helfen, den Körper besser und vor allem individueller zu reparieren: „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. Die spezielle Nano-Oberfläche soll dafür sorgen, dass sich die Implantate nahtlos an das umliegende Gewebe anschmiegen und quasi mit dem Körper verschmelzen.

Mögliche Gen-Optimierung wirft Fragen auf 
„Auf lange Sicht ließen sich durch solche medizinische Eingriffe sogar ganze Körperfunktionen optimieren”, meint Dr. Zweck. Einerseits leißen sich durch Nano-Zell-Engineering womöglich viele genetische Erkrankungen heilen, andererseits könnten durch sogenanntes Genome Editing – den Eingriff in das menschliche Erbgut – irgendwann auch die Funktionen einzelner Zellen optimiert werden: „Stellen Sie sich vor wir könnten rote Blutzellen genetisch so programmieren, dass sie mehr Sauerstoff aufnehmen. Das würde die Leistungsfähigkeit stark verbessern”, erklärt Stewart. Ein Wunderwerk der Medizin, aber auch durchaus bedenklich, denn: „Problematisch wäre beispielsweise, wenn irgendwann ein gesellschaftlicher Zwang entsteht, sich optimierenden Verfahren zu unterwerfen, nur um mithalten zu können”, warnt Zweck. Das könne nur verhindert werden, indem sich die Gesellschaft schon heute intensiv mit den ethischen Fragen, die das Thema aufwirft, beschäftigt:„Wir müssen unsere Zukunft aktiv gestalten.”

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