Prof. Dr. med. Constanze Schmidt constanze.schmidt@med.uni-heidelberg.de filamente sind an ihrer Spitze mit Antikörpern zum Nachweis von Proteinen, Peptiden und Zellen oder Oligonukleotiden für den Nachweis zirkulierender DNA-, RNA-Fragmente beziehungsweise miRNAs ausgestattet. Die Bindung dieser Moleküle an die Nanonadel kann elektrisch nachgewiesen werden. Ein denkbarer Einsatz dieser Technologie wäre der hochsensitive und sehr schnelle Nachweis kardialer Biomarker direkt am Patientenbett. Theoretisch könnte ein implantierbarer Nanosensor sogar direkt in die Blutbahn integriert werden, um die Kinetik kardialer Biomarker in Echtzeit zu analysieren. Auch wenn diese Technologien intensiv beforscht werden, ist der Zeitpunkt einer klinischen Verfügbarkeit aktuell noch nicht absehbar. Bereits im biotechnologischen Einsatz befinden sich Nanosysteme zur DNA-Sequenzierung. Bei der Oxford nanopore technology werden einzelne DNA-Moleküle durch eine „Nanopore“ bewegt, wobei aus Veränderungen der elektrischen Leitfähigkeit im Bereich der Nanopore auf die Basensequenz geschlossen werden kann. Im Vergleich zu konventionellen DNA-Sequenzierungstechniken können hierbei längere DNA-Fragmente effektiver analysiert werden, was zukünftig die Genotypisierung bei hereditären kardiovaskulären Erkrankungen vereinfachen kann und im Bereich der kardiovaskulären Präzisionsmedizin genutzt werden könnte. Herausforderungen und Limitationen connexiplus Dr. med. Felix Wiedmann felix.wiedmann@med.uni-heidelberg.de Die molekularen Mechanismen, die der gewebetypspezifischen Aufnahme zugrunde liegen, sind allenfalls ansatzweise verstanden, was die Entwicklung und Optimierung von Nanopartikeln deutlich erschwert. In Entwicklung befindliche Nanopartikel müssen auf Immunogenität und Zytotoxizität hin überprüft werden. Beim Einsatz von Goldnanopartikeln stellt sich beispielsweise trotz der in präklinischen Studien belegten Bioverträglichkeit die Frage bezüglich potenzieller Schwermetalltoxizität. Nachdem eine Translokation über die Alveolarzellbarriere der Lunge beschrieben wurde, schließen sich Fragen nach Blut-Hirnschrankenund Plazentagängigkeit von Nanopartikeln an. Eine systematische „Bench to bedside“-Translation von Nanomedizin bedingt die Notwendigkeit 56
INNOVATIVE DIAGNOSTIK UND THERAPIE systematischer Untersuchungen sämtlicher oben genannter Eigenschaften von Nanopartikeln, im Besonderen ihrer Langzeiteffekte im menschlichen Körper. Im Rahmen ihrer Synthese sind Nanopartikel von Natur aus heterogen. Die im Verhältnis zur Masse relativ große Oberfläche von Nanopartikeln beeinflusst ihre Stabilität beim Lagern und im Kreislauf. Zum Beispiel verändert die Hülle aus Serumproteinen, die sich an den Nanopartikel anlagert, seine biophysikalischen Eigenschaften. Insbesondere Metallnanopartikel sind einer Oxidation unterworfen. Eine Endozytose durch das Retikuloen dotheliale System (RES) trägt zusätzlich zum Abbau bei. Die Nanotechnologie bietet diesbezüglich jedoch auch Lösungsansätze. Verformbare Partikel z. B. sind weniger anfällig für Degradierung durch das RES. Die Toxizität von Nanopartikeln kann durch Konjugation mit Polyethylenglycol oder Propylen glycol umgangen werden. Fazit Nanotechnologien haben das Potenzial Diagnostik und Therapie innerhalb der kardiovaskulären Medizin zu revolutionieren. Um die neuen Technologien sicher aus dem Forschungslabor bis an das Patientenbett zu bringen, werden weitere translationale Studien benötigt. Literatur 1. Patil M, Mehta DS, Guvva S. Future impact of nanotechnology on medicine and dentistry. J Indian Soc Periodontol. 2008;12:34−40. 2. Sanna V, Pala N, Sechi M. Targeted therapy using nanotechnology: focus on cancer. Int J Nanomedicine. 2014;9:467−483. 3. Binsalamah ZM, Paul A, Prakash S, Shum-Tim D. Nanomedicine in cardiovascular therapy: recent advancements. Expert Rev Cardiovasc Ther. 2012;10:805−815. 4. Iafisco M, Alogna A, Miragoli M, Catalucci D. Cardiovascular nanomedicine: the route ahead. Nanomedicine (Lond). 2019;18:2391−2934. 5. Venishetty VK, Chede R, Komuravelli R, Adepu L, Sistla R, Diwan PV. Design and evaluation of polymer coated carvedilol loaded solid lipid nanoparticles to improve the oral bioavailability: a novel strategy to avoid intraduodenal administration. Colloids Surf B Biointerfaces. 2012;95:1−9. 6. Gupta U, Agashe HB, Asthana A, Jain NK. Dendrimers: novel polymeric nanoarchitectures for solubility enhancement. Biomacromolecules. 2006;7:649−658. 7. Dong YC, Hajfathalian M, Maidment PSN, Hsu JC, Naha PC, Si-Mohamed S, Breuilly M, Kim J, Chhour P, Douek P, Litt HI, Cormode DP. Effect of Gold Nanoparticle Size on Their Properties as Contrast Agents for Computed Tomography. Sci Rep. 2019;9:Article number 14912. 8. Pillarisetti S, Uthaman S, Huh KM, Koh YS, Lee S, Park IK. Multimodal Composite Iron Oxide Nanoparticles for Biomedical Applications. Tissue Eng Regen Med. 2019;16:451−465. 9. Banik B, Surnar B, Askins BW, Banerjee M, Dhar S. Dual-Targeted Synthetic Nanoparticles for Cardiovascular Diseases. ACS Appl Mater Interfaces. 2020;12:6852−6862. 10. Cutlip DE, Garratt KN, Novack V, Barakat M, Meraj P, Maillard L, Erglis A, Jauhar R, Popma JJ, Stoler R, Silber S; PzF SHIELD Trial Investigators. 9-Month Clinical and Angiographic Outcomes of the COBRA Polyzene-F Nano Coated Coronary Stent System. JACC Cardiovasc Interv. 2017;10:160−167. 11. Avula UM, Yoon HK, Lee CH, Kaur K, Ramirez RJ, Takemoto Y, Ennis SR, Morady F, Herron T, Berenfeld O, Kopelman R, Kalifa J. Cell-selective arrhythmia ablation for photomodulation of heart rhythm. Sci Transl Med. 2015;7:311ra172. Prof. Dr. med. Constanze Schmidt Dr. med. Felix Wiedmann Universitätsklinikum Heidelberg Abteilung für Kardiologie, INF 410, 69120 Heidelberg connexiplus 57
