Pressekonferenz 2013

Dr. Thomas A. Fuchsluger

Nanotechnologie fürs Auge

Eine Chance für präzise und schonende Medikamentengaben

Zwerge gehören zu den Hoffnungsträgern in der Augenheilkunde. Sie haben das Potenzial, die Behandlung schwerer, das Sehvermögen bedrohender Augenkrankheiten, entscheidend zu verbessern, Nebenwirkungen zu reduzieren und neue Therapien zu ermöglichen.

Das griechische Wort nanos bedeutet Zwerg und wirklich zwergenhaft sind die Strukturen, um die es in der Nanotechnologie geht: Ihre Größe reicht vom einzelnen Atom bis zu 100 Nanometern (nm, ein Nanometer ist ein milliardstel Meter, 10-9m). Zum Vergleich: Ein menschliches Haar ist etwa 0,1 mm beziehungsweise 100.000 nm dick; die meisten lebenden Zellen haben einen Durchmesser zwischen 10.000 und 20.000 nm. Die Nanotechnologie hat in den vergangenen Jahren in vielen Bereichen bereits Einzug in unseren Alltag gehalten, sei es dank Nano-Strukturen in Mikroprozessoren oder des Lotuseffekts von Beschichtungen, etwa auf Brillengläsern.

Immer häufiger verfolgen Forscherteams in der Augenheilkunde nun nanomedizinische Projekte mit dem Ziel, besser wirksame und besser verträgliche Therapien zu entwickeln. Da dabei häufig biochemische Verfahren zur Herstellung der Nanomaterialien eingesetzt werden, ist oft auch von Biotechnologie die Rede. Die Bandbreite der Ansätze ist sehr umfangreich; ganz verschiedene Krankheiten, unter denen viele Menschen leiden, vom Trockenen Auge über das Glaukom (Grüner Star) bis hin zu Netzhautdegenerationen lassen sich in einigen Jahren dank Nanomedizin hoffentlich noch besser behandeln.

Bisher handelt es sich vielfach noch um Grundlagenforschung; bis zur breiten Anwendung in der Patientenversorgung ist der Weg weit. An einigen Beispielen wird im Folgenden gezeigt, welches Potenzial die Nanomedizin für die Augenheilkunde birgt.

Nanopartikel schleusen therapeutische Moleküle in Hornhautzellen

Dank ihrer Winzigkeit haben Nanopartikel das Potenzial, als Vektor therapeutische Moleküle – beispielsweise DNA, Antikörper oder Peptide – in Hornhautzellen zu schleusen. Auf diese Weise lassen sich innovative Augentropfen entwickeln, die die Verfügbarkeit der Medikamente im Auge deutlich erhöhen.

Herkömmliche Augentropfen enthalten hohe Wirkstoffkonzentrationen, weil Lidbewegungen und Tränenfluss die Arznei verdünnen – bis das Medikament wirken kann, ist schon ein großer Anteil von der Augenoberfläche verschwunden. Doch die hohen Konzentrationen können zu unerwünschten Nebenwirkungen führen. Damit sinkt die Bereitschaft der Patienten, die Augentropfen wie vorgeschrieben anzuwenden.

Aktuell werden Augentropfen mit Nanopartikeln entwickelt, die den Wirkstoff genau dorthin bringen, wo er benötigt wird. Sie werden voraussichtlich mit geringeren Konzentrationen auskommen, sollen deutlich verträglicher sein und müssen, so die Erwartung, nicht so oft angewendet werden. Beispielsweise Entzündungen der Augenoberfläche könnten auf diese Weise schonend und wirksam behandelt werden.

Abbaubare Nanofibrillen helfen bei der Rekonstruktion der Augenoberfläche

Eine klare Hornhaut ist eine wesentliche Voraussetzung für gutes Sehvermögen. Verletzungen, Verätzungen oder Verbrennungen können an der Augenoberfläche großen Schaden anrichten, häufig ist eine Transplantation erforderlich, um das Sehvermögen zu retten.

Eine besondere Rolle für eine klare Hornhaut spielen Stammzellen an ihrem Rand, die Limbus-Stammzellen. Sie sorgen für eine ständige Regeneration. Neue Zellen reifen heran, die dann in die Hornhaut wandern und so ihr Gewebe erneuern. Wenn bei einer Verletzung auch diese Limbus-Stammzellen verloren gegangen sind, müssen sie ebenfalls ersetzt werden. Bei der Transplantation der Limbus-Stammzellen von einem Spender sind aber Abstoßungsreaktionen beim Empfänger zu befürchten.

Deshalb gewinnen hier Ansätze des Tissue-Engineerings an Bedeutung: Eine kleine Anzahl intakter Limbus-Stammzellen wird, wenn möglich, aus dem zweiten Auge des Patienten entnommen und in einer Kultur auf einem Trägermaterial vermehrt, bis ein ausreichend großes Transplantat entstanden ist. Für dieses Trägermaterial verwenden Augenärzte bisher in der Regel Amnionmembran, die aus der mütterlichen Plazenta gewonnen wird. Eine Alternative können aus abbaubaren Nanofibrillen bestehende Biofilme sein, auf denen sich die Zellen vermehren und zu transplantierbarem Hornhautgewebe heranwachsen können.

Bioverträgliche Filter in Glaukom-Drainageimplantaten

Ein anderes Beispiel für den Einsatz der Nanotechnologie in der Augenheilkunde sind bioverträgliche Filter für Drainagesysteme bei Glaukom (Grüner Star).

Das Glaukom, bei dem nach und nach die Zellen des Sehnervs absterben, kann in den meisten Fällen mit Augentropfen behandelt werden, die den Druck im Auge senken und so den Sehnerv vor weiterem Schaden schützen. Wenn die medikamentöse Behandlung nicht ausreicht, ist eine Laserbehandlung oder ein chirurgischer Eingriff möglich.

In sehr schweren Fällen wird ein Drainagesystem implantiert. Bei Kindern mit einem angeborenen Glaukom ist zum Beispiel die Therapie mit regelmäßiger Tropfengabe äußerst schwierig. Für sie kommen solche Implantate in Frage. Dabei verbindet ein feiner Schlauch die Vorderkammer des Auges mit einem kleinen Hohlkörper, in den das Kammerwasser abfließt und der außen am Auge (unter dem Oberlid) auf der Lederhaut platziert wird. Von diesem Hohlkörper aus wird die Flüssigkeit weiter unter die Bindehaut geleitet.

Ein häufiges Problem solcher Drainageimplantate ist die Narbenbildung, die den Abfluss des Kammerwassers behindert. Ziel ist es deshalb, mit Hilfe der Nanotechnologie bioverträgliche Filter für solche Drainagesysteme zu entwickeln, die Dank spezieller Beschichtungen Medikamente freisetzen und so die Vernarbung unterbinden.

Oberflächenmodizierte Membranen für Transplantationen an der Netzhaut

Schon seit Jahren wird erforscht, ob die Transplantation von Netzhautzellen Menschen mit erblichen Augenkrankheiten wie beispielsweise Retinitis pigmentosa ein gewisses Sehvermögen zurückgeben kann. Bei diesen genetisch bedingten Krankheiten sterben die Stäbchen und Zapfen ab, also die lichtempfindlichen Zellen der Netzhaut. Die darunterliegenden Ganglienzellen, die den Lichtreiz verarbeiten und als Signale ins Gehirn weiterleiten, bleiben jedoch intakt.

Oberflächenmodifizierte, biologisch abbaubare Membranen sollen nun dazu beitragen, dass die Transplantate im Auge besser anwachsen und funktionierende Verbindungen zu den Ganglienzellen aufbauen, so dass Sehen wieder möglich wird.

Medikamente langsam, gezielt und schonend freisetzen dank Nanomedizin

Für Patienten mit einer feuchten altersabhängigen Makuladegeneration, bei der in der Netzhautmitte krankhafte Blutgefäße wuchern und die zentrale Sehschärfe beeinträchtigen, sind direkt ins Auge gegebene Medikamente, die das Gefäßwachstum hemmen, ein Segen: Der Verlust des zentralen Sehens kann verhindert werden. Doch die forschenden Augenärzte und Pharmazeuten sind mit dem Erreichten nicht zufrieden. Um den Behandlungserfolg zu sichern, bedarf es häufiger Untersuchungen und immer wiederkehrender Injektionen. Für die Patienten, den behandelnden Arzt und die Kostenträger bedeutet das oft über Jahre hinweg einen großen Aufwand.

Eine Alternative könnten Systeme zur Medikamentenabgabe (drug delivery systems) sein, die Arzneien über einen langen Zeitraum hinweg kontrolliert freigeben und so das Fortschreiten der Krankheit hemmen. Die Hoffnungen richten sich auf Nanomaterialien, die die Verfügbarkeit der Wirkstoffe langfristig sichern. Auch für andere Krankheiten könnten solche Systeme neue Therapieoptionen erschließen. Beispielsweise konzentriert sich die Glaukomtherapie bislang auf die Senkung des Augeninnendrucks. Ein anderer Ansatz, der Schutz des Sehnervs (Neuroprotektion) ist schwer umsetzbar, weil es schwierig ist, die Wirkstoffe in ausreichender Konzentration zu den Sehnervenfasern zu leiten. Drug-delivery-Systeme auf der Basis von Nanomaterialien könnten hier neue Wege öffnen.

Ein Schlagwort - viele Ansätze

Die Nanomedizin bietet ganz verschiedene Ansatzpunkte, um die Behandlung von Augenkrankheiten effektiver zu machen, Nebenwirkungen einzuschränken oder ganz neue Behandlungswege zu eröffnen. Sowohl für die Volkskrankheiten in der Augenheilkunde wie Glaukom oder AMD als auch für seltenere Erkrankungen wie erbliche Netzhautdegenerationen besteht die Hoffnung auf weitere Innovationen, die zum Erhalt des Augenlichts beitragen.

Dr. med. Thomas A. Fuchsluger FEBO MSc
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