Blutreinigung mit Nanomagneten

Schweizer Forscher wollen mit Hilfe winziger Eisenpartikel Schadstoffe und Entzündungsprodukte aus dem Blutkreislauf herausziehen.

Eine der besonders wirkmächtigen Visionen der Nanotechnik in den neunziger Jahren waren winzige Roboter, die durch die Blutbahn schwimmen und im Körper aufräumen. Schweizer Forscher wollen diese Idee nun anpacken – allerdings ganz ohne Nanoroboter. Stattdessen wollen sie schädliche Stoffe – Drogen, Erreger oder Krebszellen – mit Hilfe magnetischer Nanoteilchen aus dem Blut entfernen.

Die Eisenpartikel werden hierzu mit einer Kohlenstoffschicht umhüllt, auf der Antikörper aufgebracht sind, die an den gesuchten Substanzen andocken können. Dies könnten Proteine aus Entzündungsherden sein wie Interleukin, aber auch Schwermetalle wie Blei. Nach der Injektion soll das Blut mitsamt den Nanoteilchen eine Blutwäsche durchlaufen.

„Ein magnetischer Separator sammelt die Nanomagneten mit den Schadstoffen und entzieht sie so dem Blut, bevor es wieder in den Kreislauf zurückgelangt“, beschreibt die Chemieingenieurin Inge Herrmann das Konzept. Sie leitet das Projekt an der ETH Zürich.

In Versuchen, die sie und ihre Kollegen im Februar dieses Jahres im Journal Nephrology Dialysis and Transplantation veröffentlichten, konnten sie mit einer einzigen Blutwäsche bereits 75 Prozent des Herzmittels Digoxin aus dem Blut von Probanden entfernen. Digoxin kann tödlich sein, wenn es in zu hohen Dosen verabreicht wird. Nach anderthalb Stunden und mehreren Durchläufen hatten die Nanomagneten dem Blut sogar 90 Prozent des Digoxins entzogen.

Bevor das Verfahren zur Zulassung kommen kann, müssen die Zürcher Forscher aber noch nachweisen, dass die Nanomagneten nicht selbst toxisch sind. Außerdem dürfen sie nicht zur spontanen Blutgerinnung führen. In einem weiteren Paper aus diesem Jahr konnten Herrmann und ihre Kollegen erste ermutigende Ergebnisse präsentieren: Weder schädigten die Nanomagneten Zellen, noch kam es zu Blutgerinnseln.

Herrmann stellte auf einer Konferenz im Oktober auch Daten vor, die zeigen, dass das Immunsystem die Nanomagneten nicht unschädlich macht. Die Partikel wurden in Versuchen nur teilweise von zwei Zellarten des Immunsystems – Makrophagen (Fresszellen) und Monozyten – geschluckt.

Derzeit testet die Gruppe das Material an Ratten, die an Sepsis leiden. Bei dieser schweren Blutinfektion wird das Immunsystem massiv geschädigt. In den USA erkranken jährlich eine Millionen Menschen an einer Sepsis, in Deutschland 150.000.

Jon Dobson, Biomediziner an der University of Florida, hält solche eine Entgiftung des Bluts für eine „sehr interessante Anwendung“ des Nanomagnet-Verfahrens. Seine Gruppe versucht, die Teilchen dafür einzusetzen, die Ausdifferenzierung von Stammzellen zu manipulieren. Stammzellen entwickeln sich durch chemische Auslöser zu bestimmten Gewebearten weiter. „Wenn chemische Stoffe den Prozess einmal in Gang gesetzt haben, ist er schwer zu stoppen“, sagt Dobson. „Mit dem Nanomagnet-Verfahren kann man ihn hingegen an- und abschalten.“

Auch andere schwere Bluterkrankungen wie Leukämie könnten sich damit behandeln lassen, hofft Dobson. Gelänge es, Krebszellen aus dem Blut herauszuziehen, würde sich das Risiko von Metastasen verringern.

Eigentlich ist Blut ein Medium, das auf andere Stoffe oxidierend wirkt – Eisenpartikel also rosten lässt. Das schwächt den Magnetismus der Teilchen ab. Indem die Schweizer die Nanomagneten mit einer Kohlenstoffhülle versehen, würden sie der Korrosion vorbeugen, lobt Thompson Mefford von der Clemson University das Konzept. Ein Selbstgänger sei es aber nicht: Weil man die Teilchen über viele Zyklen durch das Blut zirkulieren lassen müsse, könnte es passieren, dass das Immunansystem auf die Nanomagneten anspringe oder diese verklumpten. „Das ist eine echte Herausforderung“, sagt Mefford. (nbo)