Nanotechnologie und MedizinEine Schlüsseltechnologie kommt an

Hessisches Ministerium für Wirtschaft, Energie, Verkehr und Landesentwicklung

www.hessen-biotech.dewww.hessen-nanotech.de

Abbildungen auf der Titelseite: Nano-Maiskolben Quelle: Clemens Tscheka, Marius Hittinger, Pascal Schommer, Katrin Voos, Nicole Daum, Marc Schneider;

Universität des Saarlandes/cc-NanoBioNet e.V./ Deutscher Verband Nanotechnologie e.V.

Lab-on-a-Chip Quelle: Fraunhofer CMI

Zehenspitzen eines Geckos Foto: nico99, www.fotolia.de

Herstellung von Hohlfasermembranen Quelle: Fresenius Medical Care Deutschland GmbH, www.fmc-deutschland.com

Inhalt

Einführung 4

Überblick Nanomedizin 6

Einsatzgebiete der Nanotechnologie in der Medizin 9

•Diagnostik 10

•Therapie 15

•RegenerativeMedizin 21

• Lebensqualität 26

Sicherheit für Patienten und Nutzer 30

Ausblick – Potenziale der Nanomedizin 33

Literatur und weiterführende Informationen 34

Impressum 35

3

Vorwort

Liebe Leserinnen und Leser,

nanotechnologischeInnovationenwerdenkünftiginvielenBereichenunseresLebenseinebedeutendeRollespielen; inmanchentunsiediessogarheutebereits.AlleininHessensindrund160UnternehmenundForschungseinrich-tungenaufdiesemGebiettätig.

AnwendungsmöglichkeitenbietenvorallemdieMedizin,dieMedizintechnikunddiePharmazeutischeIndustrie.NanotechnologiekannzumBeispielhelfen,Krankheitenfrüherzudiagnostizieren,Wirkstoffeschnellerandengewünsch-tenOrtimKörperzubringenoderImplantateverträglicherzumachen.

DochgeradeweildieMöglichkeitenderNanomedizin soumfassendsind,müssenwir auch ihreRisiken fürGesellschaft, Patienten undUmwelt sehrsorgfältigbedenken.MitdenTechnologielinienHessen-BiotechundHessen-Nanotech informieren wir daher nicht nur über die Anwendungspotenziale,sondernwirwerbenauchfürdensicherenEinsatzvonNanotechnologien.

DievorliegendeBroschüregibteinenÜberblicküberdenaktuellenForschungs-standderNanomedizinundeinenAusblickaufihrezukünftigenMöglichkeiten.Dabeibeziehtsieauchökologische,sozialeundethischeAspekteein.Ichhoffe,dass sie zu einer fruchtbarenDebatte überdieseTechnologiebeiträgt, undwünscheIhneneineanregendeLektüre.

TarekAl-WazirHessischerMinisterfürWirtschaft,Energie,VerkehrundLandesentwicklung

Abbildungen auf der Titelseite:Nano-Maiskolben Quelle: Clemens Tscheka, Marius Hittinger, Pascal Schommer, Katrin Voos, Nicole Daum, Marc Schneider;

Universität des Saarlandes/cc-NanoBioNet e.V./ Deutscher Verband Nanotechnologie e.V.

Lab-on-a-Chip Quelle: Fraunhofer CMI

Zehenspitzen eines Geckos Foto: nico99, www.fotolia.de

Herstellung von Hohlfasermembranen Quelle: Fresenius Medical Care Deutschland GmbH, www.fmc-deutschland.com

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ProteinØ1-30nm

VirusØ20-300nm

BlutkörperchenØ8.000nm=8µm

DNAØ2,5nm

HaarØ50.000nm =50µm

1 nm 10 nm 100 nm 1.000 nm = 1 µm 10.000 nm = 10 µm

Nanometer (nm) Mikrometer (µm)

Aspirin-MolekülØ0,4nm

wieSalmonellen,E.coliundCampylobactergebensollen.AuchTumorerkrankungensindmitHilfevonnanotechnologischen Verfahren besser zu erken-nenundzutherapieren.

Nanomaterialien fallen entweder bei natürlichenProzessen anoder können synthetisch hergestelltwerden. Nanopartikel können in ungebundenemodergebundenemZustandeingesetztwerden.DasichnanoskaligeMaterialien imVergleichzuStan-dardmaterialien in einer Reihe von Eigenschaftenunterscheiden, sind sienebenderMedizinprinzi-piellauchfürAnwendungeninanderenBereichenvonBedeutung,wohochwertigeoder funktionaleMaterialien Verwendung finden: in der Elektro-nik, im Automobilbau bis hin zur Umwelttechnik.Eine Vielzahl von Disziplinen arbeitet mit diesenErkenntnissen,undfasttäglichkommenneuehin-zu: Die Nanotechnologie löst als effiziente Quer-schnittstechnologie Innovationen in beinahe allenIndustriebranchenweltweitaus.

Nano,griechischfür„Zwerg“oder„zwergenhaft“,bezeichnet eine winzige Dimension. Als Längen-oderVolumeneinheitstehtsiefürdaseinMilliard-steleinesMetersoderLiters.InderNanotechnolo-giegehtesalsoumeineMiniaturwelt,diefürdasmenschliche Auge ohne Hilfsmittel nicht sichtbarist.FürdasbessereVerständnisderGrößenverhält-nisse wird gerne folgender Vergleich verwendet:

Einführung

Nanotechnologie ist der Sammelbegriff für eine Reihe von Zukunftstechnologien, die für die meis -ten unbemerkt schon in der Gegenwart ange-kommen sind.

Nanotechnologie hat die Welt längst verändert;wirverdankenihrGeschäftsmodelle,ProdukteundDienstleistungen, ohne die unser gegenwärtigesLebenkaumvorstellbarwäre:Smartphones,Daten-speicher, Energieeffizienz- und Filtertechnologien,Kosmetik,neueMaterialien,Oberflächenbeschich-tungenundnichtzuletztMedikamentesowiedia-gnostische und therapeutische Verfahren werdendurch Nanotechnologie möglich. In den meistenBereichen gehen wir unbewusst mit den Errun-genschaftendieser„Familie“anunterschiedlichenTechnologienum.MöglichwurdedieseVielzahlanInnovationenalleindadurch,dasswirheuteineiner Größendimension arbeiten können, die für dieMenschheiterstmalskontrolliertzubeeinflussenist.

GroßeErwartungenwurdenbereits an dieNano-technologie im Bereich Medizin formuliert. UndtatsächlichwerdeninderMedizin,derpharmazeu-tischen Industrieund inderMedizintechnikheuteVerfahren eingesetzt, die ohne Nanotechnologienicht durchführbar wären. Beispielsweise werdennanoskaligeGoldpartikelinSchwangerschaftstestsund auch in anderen Schnelltests verwendet, wosieAuskunftüberdasVorhandenseinvonBakterien

Nanotechnologie und MedizinEine Schlüsseltechnologie kommt an

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Definition NanotechnologieNach der Definition der NanoKommission der deut-schenBundesregierung(2008)umfasstderBegriffNano-technologie„verschiedeneVerfahrenzurUntersuchungund zur gezielten Herstellung und Anwendung vonProzessen,Strukturen,SystemenodermolekularenMa-terialien, die in mindestens einer Dimension typischer Weise unterhalb von 100Nanometern (1nm = 10-9m)liegen.“DabeiwerdenmolekulareStrukturenundPro-zesseunterhalbvoneinemNanometernachderDefini-tionderDINISOnichtalsNanotechnologiebezeichnet.Immedizinisch-pharmazeutischenBereichwerdenauchPartikel bis zu 1.000 Nanometern den Nanopartikelnzugerechnet,weilhierdiequantenmechanischenEigen-schaftenderNanopartikelbis100NanometerkeineRol-lespielen.

Ein Nanopartikel verhält sich zu einem Fußball wie dieser Fußball zur Erde.

DerBegriffNanotechnologiestammtausderzwei-tenHälftedes20.Jahrhunderts,umfasstaberauchHerstellungsweisenundEinsatzgebiete,mitdenenMenschenschonseitderAntikearbeiten.Einederältesten vonMenschen unternommenenTätigkei-ten, die unbeabsichtigt ein nanoskaliges Produkthervorbringt, ist das Feuer: Rußpartikel, die sichausnanoskaligenTeilchenzusammensetzen.

Durch Nanotechnologie gelingt es heute, die Ei-genschaften von Stoffengezielt zu verändern. SolassensicherwünschteVeränderungenderEigen-schaftenvonbestimmtenMaterialienerzielen,dieein Produkt verbessern können. Römische Kunst-handwerkermischtenGoldchlorid in geschmolze-nesGlasundfärbtendasGlasaufdieseWeiserot.Siewusstenzwarnochnicht,dassdieseGoldparti-kelnanoskaligsind,aberbisheutesindinMünsternundKathedralensolchepurpurngefärbtenFensterzubewundern.

Nanomaterialienkönnenanderephysikalischeundchemische Eigenschaften haben als die gleichenStoffemiteinergrößerenStruktur.ImVerhältniszuihrem Volumen haben Nanomaterialien eine sehrvielgrößereOberfläche,wasdiechemischeReak-tivitäterhöht.

Natürliche NanostrukturenNanostrukturen sind nicht nur ein altes, sondernaucheinnatürlichesPhänomen.EsfindensichvieleAnwendungsgebiete für Nanostrukturen, die dieNaturhervorgebrachthat:zumBeispieldieselbstrei-nigendeWirkungderLotusblume,dieHaftwirkungder Füße des Geckos, die Farben von Schmetter-lingsflügelnodersalzhaltigeAerosole.

Bionik-Forscher haben diesen HaftmechanismusschonvoreinigenJahrenuntersuchtundbeschrie-ben. Ansätze zur technischen Nutzung derartigerHaftverbindungenfindensichbeispielsweise inderBehandlung von Trommelfellverletzungen oderbeim Wundverschluss. Selbsthaftende Verschluss-materialien vermeiden Entzündungen, die beimNähendurchKnotenentstehen,und schließendieBeschädigungvonabgeheiltemGewebebeimEnt-fernenaus.Dies istnureinesvonvielenBeispielenvonNanotechnologieinderMedizin,beidenenderMensch vonderNaturgelernt unddieseErkennt-nisseinindustrielleProdukteumwandelthat.

Ein Beispiel: Die Haftwirkung des GeckosGeckosgehörenzudenerfahrenenNutzernvonNanostrukturen:AndenSpitzenihrerZehenbe-findetsicheinespezielleOberflächenstruktur,dieausMilliarden feinsterHärchenbesteht.Siesor-gen füreineausreichendgroßeOberflächeundkönnendasTierdurchbessereAnhaftungtragen.Umsichfortzubewegen,löstderGeckodenHaft-kontaktdurcheinfachesAufrollenseinerZehen.

Foto: nico99, www.fotolia.de

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heuteneueAnsätzefürdieDiagnoseundHeilungvonKrankheiten.

FürdieNanotechnologiegibtesvieleAnwendungs-felder im Bereich der Medizin. Die wichtigstenEinsatzgebiete sind zurzeit die In-Vitro-DiagnostiksowiedergezielteTransport vonWirkstoffenundArzneimitteln. Nanoobjekte transportieren Wirk-stoffegezielt in krankesGewebe. So könnenNe-benwirkungen verringert oder die Überwindungbiologischer Barrieren wie der Blut-Hirn-Schrankeoder der Blut-Luft-Schranke ermöglicht werden.Mit Hilfe nanoskalig dimensionierter Wirkstoffekann ihre Löslichkeit unddamit dieBioverfügbar-keiterhöhtwerden.

Überblick Nanomedizin

Der hier vorliegende kurze Überblick über die Nanomedizin beschreibt den Einsatz der Nano-technologie in den Bereichen der Diagnose und Therapie von Krankheiten, der regenerativen Me-dizin sowie zur Verbesserung der Lebensqualität.

Die Nanotechnologie erlaubt die gezielte Her-stellungundHandhabungvonMaterialienaufderGrößenskaladerGrundbausteinedesLebens.Ausdem Zusammenspiel der Nanotechnologie mitdemwachsendenWissenumdieFunktionvonMo-lekülen, Genen und Proteinen entstand die neueDisziplinNanomedizin.DanknanotechnologischerEntwicklungenprofitiertinsbesonderedieMedizinvon einem Innovationsschub und eröffnet somit

Marktpotenzial der Nanomedizin Nanotechnologie – starke Ausgangssituation in Deutschland

große Bedeutung: Mess- und Gerätetechnik (zum Beispiel Nanoanalytikgeräte, Ionenstrahl- bearbeitungsanlagen), Optik (Röntgenoptiken, Diodenlaser,OLED) sowie bei bestimmtenNano-materialien und -beschichtungen. Hier wird Deutschland indemvomBundesforschungsminis-teriumbeauftragtennano.DE-Report2013vondenbefragtenUnternehmenalsführendeingeschätzt.

Die Nanotechnologie hat eine starke Basis in Deutschland. Der Standort gilt mit den USA, Korea und Japan weltweit als führend.

DamitderStandortDeutschlandinternationalwett-bewerbsfähigbleibt, fördertdieBundesregierungmit der Hightech-Strategie 2020 den Einsatz derNanotechnologie als eine Schlüsseltechnologie. Der Nanotechnologie-Standort Deutschland hat weltweit vor allem in folgenden Bereichen eine

Anwendungfelder der NanotechnologieforschungAnzahlderInstitutionen

Medizin & Pharma

Elektronik Energie Chemie Optik Umwelt Maschinen-bau

80

70

60

50

40

30

20

10

0

NanomedizinistdasAnwendungs-feldderNanotechnologie,das

nachEinschätzungöffentlicherFor-

schungsinstitutionenindennächsten

5bis10Jahrenamstärkstenvonder

Nanotechnologieforschungprofitie-

renwird.DieAngabenbasierenauf

Einschätzungender151befragten

Nanotechnologie-Forschungsein-

richtungenderAkteursbefragung

desVDITechnologiezentrums2013.

Quelle: BMBF nano.DE-Report 2013

7571

64

40 4035

23

7

Marktsegment Gesundheit Weltmarktvolumen/Bezugsjahr CAGR Quelle

Nanomedizin 43,2Mrd.$(2011) 96,9Mrd.$(2016) 14%

BCC20121

AnwendungenfürHerz-/Kreislauferkrankungen 4Mrd.$(2011) 8,6Mrd.$(2016) 17%

NanomedizinischeProduktegegenKrebs 5,5Mrd.$(2011) 12,7Mrd.$(2016) 18%

AnwendungenfürErkrankungendeszentralenNervensystems 14Mrd.$(2011) 29,5Mrd.$(2016) 30%

AnwendungengegenEntzündungen 7,3Mrd.$(2011) 14,8Mrd.$(2016) 15%

AnwendungengegenInfektionen 9,3Mrd.$(2011) 14,8Mrd.$(2016) 10%

Biochips(DNA-,Protein-Analyse,Wirkstoffforschungetc.) 3,9Mrd.$(2011) 9,6Mrd.$(2016) 20% BCC20112

NanopartikelanwendungenfürBiotechnologie,Drug-Delivery,Wirkstoffentwicklungund-formulierung

21,6Mrd.$(2012) 53,5Mrd.$(2017) 20% BCC20123

NanotransporterfürArzneistoffe 250Mio.€(2013) k.A. k.A.

VDITZ20134

DNA-ÜbertragungmitmagnetischenNanopartikeln 50Mio.$(2013) k.A. k.A.

Zellisolierung/-markierungmitfunktionalisiertenNanopartikeln 70Mio.$(2013) k.A. k.A.

Immuno-PCRfürultrasensitivenProteinnachweis 400Mio.$(2013) k.A. k.A.

NanokompositefürZahnfüllungen(Deutschland) 50Mio.$(2013) k.A. k.A.

Retina-Implant 2Mio.€(2013) k.A. k.A.

Marktpotenzial der Nanomedizin Nanotechnologie – starke Ausgangssituation in Deutschland

In Deutschland sind laut der vom Bundesministe-rium für Bildung und Forschung (BMBF) betrie-benen Datenbank nano-map (www.nano-map.de) rund 1.100 Unternehmen mit dem Einsatz der Nanotechnologie in Bereichen der Forschung und Entwicklung sowie der Vermarktung kommer-zieller Produkte und Dienstleistungen tätig.

Etwa 160 dieser Unternehmen befinden sich inHessen. Nanotechnologie ist eine Technologie,die nicht nur in großen multinationalen Unter-nehmengenutztwird.DerAnteilder kleinenundmittleren Unternehmen mit nanotechnologischerAusrichtung liegtheutebei75Prozent.NachderAkteursbefragung aus dem nano.DE-Report 2013liegtdieAnzahlderindustriellenArbeitsplätzebeirund 70.000 in Deutschland. Der Gesamtumsatzdeutscher Nanotechnologieunternehmen hat zwi-schen 2010 und 2013 um rund 2Milliarden Euroaufrund15MilliardenEurozugenommen.Zudenwichtigsten Anwendungsfeldern dieser Unterneh-menzähltdieElektronikgefolgtvondenBranchenMedizin/Pharma,Automobil-,Optik-undChemie-

industrie. InHessen ist laut nano-mapbereits einSechstelderNanotechnologieunternehmeninderGesundheitswirtschafttätig.

Etwa 800 Forschungsinstitutionen arbeiten inDeutschlandinderNanotechnologie.DieQualitätund der derzeitige Entwicklungsstand der Nano-technologieforschung werden insgesamt von denhier tätigen Unternehmen als hoch eingeschätzt.IndennächstenfünfbiszehnJahrenrechnetmaneinerBefragungzufolgedamit,dassvorallemdieBereiche Medizin/Pharma, Elektronik und Ener-gie vondenForschungsergebnissen ausdemBe-reich der Nanotechnologie profitieren werden.Die Europäische Union förderte in ihrem siebtenForschungsrahmenprogramm die Forschung imBereichderNanotechnologie indenJahren2007bis2013mitinsgesamt3,5MilliardenEuro.ImFol-geprogrammHorizont2020wirddieseFörderungfortgeführt. Deutschland steht übrigens mit rund440MillionenEuroannationalenöffentlichenFör-dermittelninEuropaanderSpitzeimBereichderForschungsförderungfürdieNanotechnologie.

Quelle: BMBF nano.DE-Report 2013, darin:

Marktprognosen Nanomedizin

1 BCC 2012: „Nanotechnology in Medical Applications: The Global Market“, Marktreport abstract 2 BCC 2011: „Global Biochip Markets: Microarrays and Lab-on-a-Chip“, Marktreport abstract 3 BCC 2012: „Nanoparticles in Biotechnology, Drug Development and Drug Delivery“, Marktreport abstract 4 VDI TZ 2013: Unternehmensbefragung nano.DE-Report 2013, Juni 2013

Nano-Unternehmen und -Forschungseinrichtungen: Hessen mit Spitzenstellung

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Nanomedizin – höchstes WachstumspotenzialMiteinerF&E-QuotevonjeweilsrundneunProzentzählendieMedizintechnikbrancheunddiepharma-zeutische Industrie zu den forschungsintensivstenBrancheninDeutschland.NanotechnologischePro-duktehabeninderMedizinbereitseineerheblichewirtschaftliche Bedeutung. Der weltweite Umsatzmit derartigen Produkten, der nach Angaben desMarktforschungsunternehmens BCC Research imJahr2011rund31MilliardenEurobetrug,wirdsichbis2016mehralsverdoppeln.DiegrößtenUmsätzewerdendabeimitNanopartikelanwendungenfürEr-krankungendeszentralenNervensystemssowiemitApplikationen für die gezielte Verabreichung vonMedikamenten (ControlledDrugDelivery), verbes-serteWirkstoffentwicklungund-formulierungerzielt.

Derzeitgibtesetwa100ProdukteaufdemWelt-markt, die derNanomedizin zugerechnet werdenkönnen, ein Drittel davon sind pharmazeutischeProdukte.Ungefähr150weitereProduktebefindensich in der klinischen Erprobung. Auch neuartigenanotechnologische Analyseverfahren, mit denenauch die Aufklärung von Krankheitsursachen und-mechanismenmöglichseinwird,tragenzumFort-schrittinderDiagnostikundTherapiebei.

InderdeutschenNanomedizingibtesindennächs-ten fünf bis zehn Jahren zahlreicheAnwendungs-felder,dieausSicht vonForschungseinrichtungensehraussichtsreichsind.DiefolgendeTabellezeigtdiese Anwendungsfelder und die entsprechendeEinschätzungderExperten:

Anwendungsfeld Deutschland unter führenden Nationen genannt Deutschland noch nicht unter führenden Nationen genannt

Gesundheit

•PlasmonischeNanosensoren(D,USA)

•NichtinvasiveMagnetotaxis(D)

•Bio-nano-Wechselwirkung/Risikoforschung(USA,D)

•MolekulareBildgebung(D)

•DrugDelivery,Nanoverkapselung(USA,JP,D)

•Biosilica/Biomineralisation(D)

•MagnetischeNanopartikelfürdieDiagnostik/

Therapie/Biotechnik(USA,D,F)

•DrugDelivery(USA,D)

•BiokompatibleWerkstoffefürProthesen/Implantate(USA)

•NanopartikelfürpulmonalePharmazie(USA)

•Spin-Hybride(Magnethybride)fürTherapie/Diagnostik(USA)

•Zellersatztherapiefürneurodegene-

rativeKrankheiten(USA,SE)

•KolloidaleImpfstoffträger(USA)

•KnochenaufbaumaterialienfürdieregenerativeMedizin(k.A.)

•Wundauflagen(k.A.)

Nanotechnologie: ForschungsgebietemitaussichtsreichenMarkt-undProduktpotenzialenindennächstenfünfbiszehnJahrenmit

ZuordnungzumjeweiligenAnwendungsfeld.InKlammernsinddiejeweilsbenanntenführendenNationenaufgeführt.DieAngaben

basierenaufdenimnano.DE-ReportveröffentlichtenEinschätzungender151befragtenNanotechnologie-Forschungseinrichtungen

derAkteursbefragungdesVDITechnologiezentrums2013

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Einsatzgebiete der Nanotechnologie in der Medizin

Es gibt zahlreiche Einsatzgebiete von Nanotechnologie in der Medizin. In dieser Broschüre stellen wir exemplarisch einige Anwendungen vor, die in den vier Kapiteln Diagnostik, Therapie, Regenerative Medizin und Lebensqualität erläutert werden.

DieneuenTechnologienversprechengroßeFortschritte imBereichderDia-gnostikundTherapie.InsbesonderedieBehandlungsmöglichkeitenvonVolks-krankheitenwieKrebsundHerz-Kreislauf-Erkrankungen sowieErkrankungendesNerven-oderGefäßsystemswieAlzheimeroderParkinson,diemitdemdemografischenWandeleinhergehen,werden sichverbessern.Nanotechno-logischeVerfahrenhabenhiereinendreifachenNutzen:Sieermöglichenes,Krankheiten früher zu diagnostizieren, Therapien mit geringeren Nebenwir-kungen zu entwickeln sowie dieWirksamkeit einer Behandlung schneller zuüberprüfen.

In der regenerativenMedizin eröffnet der Einsatz vonNanomaterialien, ins-besonderenanostrukturiertenBeschichtungen,dieAussichtaufeinebessereVerträglichkeit. In Zukunftwird sichdiemedizinischeVersorgungnebenderIn-Vitro-undIn-Vivo-DiagnostiksowiederBehandlungderSymptomezuneh-mendderPräventionvonKrankheitenwidmenundsozurVerbesserungderLebensqualitätbeitragen.

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diagnostizierenundihreEntstehungundihrenVer-laufzuverstehen.

In-Vivo-Diagnostik: Bildgebende VerfahrenEntwicklung der bildgebenden VerfahrenIm vergangenen Jahrhundert wurden in der dia-gnostischenBildgebunggroßeErfolgemitderEin-führungundderVerbesserung vonVerfahrenwieRöntgen, Ultraschall, Computertomografie (CT)und den nuklearmedizinischen Verfahren erzielt.Nach der Entdeckung der Röntgenstrahlung imJahr1895wardieEntwicklungderBild-undElek-tronenröhreneingroßerDurchbruch.DieBildröhre diente beispielsweise als spätere Grundlage fürRasterelektronenmikroskope.Die Entwicklungdergammastrahlungsfreien Magnetresonanztomogra-fie(MRT)wareinweitererMeilenstein,nochbevor neuartige Kontrastmittel dazu beitrugen, dassdurchschnellereBildgebungdieStrahlenbelastungvorallemderCTreduziertwerdenkonnte.Mittler-weilewerdendieCToderdieMRTmit szintigra-fischenVerfahren,beidenenbestimmteStoffwech-selprodukteradioaktivoderfluoreszierendmarkiert

Im Bereich der Diagnostik wird zwischen In-Vivo- Verfahren, also bildgebenden Verfahren wie Rönt gen, Ultraschall, Magnetresonanz sowie den nuklearmedizinischen Verfahren und den Labor-verfahren (In-Vitro) mittels Flüssigkeits-, Sekret- und Gewebeproben unterschieden.

Seit langem zeichnet sich ab, dass innerhalb der In-Vivo-Diagnostik die Nanotechnologie einengroßen Beitrag für die Entwicklung neuartigerKontrastmittel leisten wird. Mit Hilfe von Nano-partikeln in Kontrastmitteln kann unter anderemKrebsbereitsvordemAuftretenvonerstenSymp-tomen erkannt werden. In der In-Vitro-DiagnostikermöglichennanotechnologischeVerfahrenschnel-lereAnalyseergebnisseunddieDurchführungvonSelbsttestsderPatienten.Nanotechnologischver-besserteIn-Vitro-DiagnostikabenötigenzudemnurnochgeringeMengenvonChemikalien.

So können dann morphologische und physio-logische Veränderungen in einer Untersuchungnachgewiesen werden. Durch die permanenteEntwicklung neuer Biomarker auf der Basis vonKohlenhydraten, Proteinen und DNA-Molekülengelingtesheute immereffizienter,Krankheitenzu

Diagnostik

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werden, kombiniert und dienen so zum BeispielzumNachweisstoffwechselintensiverTumorzellen.

Molekulare Bildgebung DiemolekulareBildgebungvisualisiertmolekulare,biochemischebeziehungsweisezelluläreVorgänge.EsistdasZiel,durchdieVerwendungvonBiomar-kern Krankheiten früher, vielleicht sogar vor demAuftretenvonerstenSymptomenzuerkennen.DesWeiterenkanndiemolekulareBildgebungInforma-tionen über die Ausprägung einer Krankheit unddieMedikamentenwirkungzeitnaherfassen.Früh-diagnosen, Risikoklassifizierungen und Therapie-kontrollensindaufdieseWeisemöglich.Dazube-schleunigtsichauchderWegzurDiagnose.Bereitswährend der Durchführung des diagnostischenVerfahrensliegenInformationenvor,diesonsterstmehrereTagenachderUntersuchungdurcheinenPathologenverfügbarwären.

KrebsvorsorgeMit Hilfe einer Krebsvorsorgeuntersuchung ist esmöglich,Tumorerkrankungenbereits ineinemfrü-hen Stadium zu entdecken. Die Heilungschancensind deutlich höher, wenn noch keine Symptomeauftreten. Bestimmte mit Antikörpern oder Farb-stoffen markierte Nanoobjekte können die Früh-erkennung verbessern, indem sie an ein patholo-gisches Zielmolekül am Krankheitsherd andockenunddiesensosichtbarmachen.ZumBeispielwer-den bereits heuteNanopartikel ausGold als Trä-gerfürAntikörperzurEntdeckungvonTumorzellenverwendet.

Photoakustische BildgebungMithilfegeeigneterKontrastmittelkanndiePhoto-akustik tumoröses von gesundem Gewebe un-terscheiden. Sie verbindet dabei die Vorteile deroptischenBildgebungmitdemgutenAuflösungs-vermögen der Ultraschallbildgebung bei hohemKontrastinstarkstreuendemGewebe.*

Wissenschaftler vom Fraunhofer-Verbund Life Sci-enceserforschen,wieNanopartikelalsKontrastmit-tel fürdiephotoakustischeBildgebungeingesetztwerdenkönnen.BeidiesemVerfahrenkommenNa-nopartikelzumEinsatz,dieLichtimsichtbarenundiminfrarotnahenBereichdesoptischenSpektrumsabsorbieren.DieseNanopartikelkönnendannübermolekularbiologischeVeränderungenimZielgewe-beAufschlussgeben.

Wenn solche Nanopartikel in ausgewählten Ge-weben oder Zellverbänden angereichert werden,absorbierensiedortdasLichtineinemdefiniertenSpektrum,daszurDiagnosebeiträgt.ErsteErfolgegibt es bereits. Die Forscher des Fraunhofer-Ver-bundshabenphotoakustischeBildgebungssystemefürdiehochsensitiveEntdeckungvonbestimmtenZielstrukturenamKleintiermodellentwickelt.

Goldnanopartikel als Kontrastmittel in der Krebsvorsorgeuntersuchung

Gadolinium

Zielfindungs-molekül

Tumormarker

Krankes Gewebe

Nanopartikel

* Quelle: Ruhr-

Universität Bochum,

Forschungsgebiet

Photoakustik,

www.ptt.rub.de

Einsatz von Nanomaterialien für die

molekulare Bildgebung in der Krebs-

diagnostik und -therapie;

Dr. Twan Lammers von der RHTW Aachen

Quelle: RWTH Aachen

Foto: Peter Winandy

12

Beispiel: Bayer HealthCare – Entwicklung von BiomarkernAuf der Suche nach geeigneten Biomarkern nutzt Bayer HealthCare Multiplex-Verfahren,umbestimmteProteinenachzuweisen,dieamKrank-heitsgeschehenbeteiligtsind. InRoutinetestswerdenBlut-oderUrinpro-benvonPatientenauf60bis80dieserProteinehinuntersucht.Antikörper,diegegentumorspezifischeProteinegerichtetsind,werdendazumiteinemFluoreszenz-Farbstoffmarkiert.WennderAntikörpersichandastumorspe-zifischeProteinbindet, setzterdenFarbstoff frei und signalisiert so vor,währendodernachderTherapie,dassTumorgewebevorhandenist.

DNA-ChipskönnendiekompletteineinerZellegebildetenBoten-RNAab-bilden.DieBoten-RNAentstehtausDNAundüberträgtInformationenzurHerstellungvonProteinenindenEiweißfabrikenderZelle,denRibosomen.GeeigneteBiomarkererkennenVeränderungenimRNA-Spiegelvonkran-kenZellen(zumBeispielKrebszellen)undkönnenwertvollediagnostischeHinweisegeben.

Quelle: Bayer HealthCare AG,

pharma.bayer.com/de/forschung-und-entwicklung/technologien-trends/biomarker

Magnetresonanztomografie (MRT) liefert Schnittbilder des KörpersIn dermedizinischenDiagnostikwird dieMagne-tresonanztomografie (MRT) inzwischenhäufigein-gesetzt.MitHilfeeinerMRTkönnenSchnittbilderdesgesamtenKörpersodereinzelnerOrganeohneradioaktiveStrahlungerzeugtwerden.

Nanoteilchen aus MagnetitKontrastmittel aufBasis vonEisenoxiden (Magne-tit) verbessern die Aussagekraft einesMRT-BildeserheblichundsindfürdenPatientensehrgutver-träglich. Durch den Einsatz dieser Kontrastmittelkönnen Lebertumoren früher erkannt und bessertherapiert werden, da Metastasen in der Leberdurch Kontrastmittel deutlich von gesundemGe-webe unterschieden werden können. Leider istdieAnwendungderKontrastgeberaufEisenoxid-basisaufdasOrganLeberbeschränkt,dadieAuf-nahmeraten von Nanopartikeln auch vom Zelltypabhängen. Deutsche Forscher untersuchen inzwi-schen,obdasNachweisverfahrenauchaufandereOrganeanwendbarist.

ArzneimittelwirkstoffelassensichauchandieOber-flächen von Magnetit-Nanoteilchen binden undkönnensozumTherapieerfolgbeitragen.Mitdie-serTechnikgelingtauchdieBindungvonBiomar-

kernanMagnetit-Nanoteilchen,mitdenenTumor-zellen gezielt identifiziert werden können. DieseFormderVerknüpfungvonTherapieundDiagnos-tikwirdunterdemneuenBegriff der Theranostikzusammengefasst.

In-Vitro-Diagnostik: LaborverfahrenInLaborverfahrenwirdinFlüssigkeits-,Sekret-undGewebeproben nach Bestandteilen gesucht, diebeispielsweise von Krebszellen, pathologischenVeränderungenvonGewebeoderkardiovaskulärenErkrankungen stammen können.Die Erkenntnisseaus den so gewonnen Proben tragen zur Früher-kennung von Krankheiten bei. Die Kontrolle desKrankheitsverlaufs und des Therapieerfolgs sindzweiweiterewichtigeFelder.ZunehmendeBedeu-tunggewinntdie In-Vitro-DiagnostikauchbeiderErkennung von Risikofaktoren und somit als Ent-scheidungsgrundlagefürdieEinleitungpräventiverMaßnahmen.

Als ein In-Vitro-Diagnostikum (IVD) ist inder IVD-RichtliniederEUeinMedizinproduktdefiniert,dasalsReagenz,Reagenzprodukt,Test-Kit,Instrument,Apparat, Gerät oder System – einzeln oder mit-

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einander kombiniert – zur In-Vitro-Untersuchungvon aus dem menschlichen Körper stammendenProben,einschließlichBlut-undGewebespenden,verwendetwirdunddazudient, InformationenzuliefernüberphysiologischeoderpathologischeZu-stände,überangeboreneAnomalien, zurPrüfungauf Unbedenklichkeit und Verträglichkeit bei denpotenziellen Empfängern oder zur ÜberwachungtherapeutischerMaßnahmen.

Biomarker – Schlüsselelement der personalisierten MedizinAlsBiomarker kann jedeVeränderungbezeichnetwerden, durch deren Messung Erkenntnisse zumGesundheitszustand beziehungsweise Krankheits-verlaufgewonnenundTherapieerfolgeermöglichtwerdenkönnen.EinalltäglichesBeispiel füreinenBiomarker für Herz-Kreislauf-Erkrankungen ist dieBlutdruckmessung.

Biomarker können anzeigen, ob eine Krankheitoder eineGefährdung fürdenPatienten vorliegt.Auf molekularer Ebene wird die Expression be-stimmter Gene als Biomarker genutzt, um die passende Behandlung für einen Krebspatientenfestzulegen.SomitsindBiomarkereinSchlüsselele-mentderpersonalisiertenMedizin.SiehelfenInfor-mationenüberindividuelleErfolgsaussichteneinerTherapiezugenerieren.

DieIn-Vitro-DiagnostiknutztzumBeispielSchnell-testsaufderBasisvonGold-Nanopartikeln,dieaufsolcheBiomarkerreagieren.BekanntestesBeispiel

Beispiel: NanoScale Systems – Miniaturisierte Applikationen für Lab-on-a-ChipDieNanoScaleSystemsGmbHentwickelt inDarmstadtneuartigeVerfah-ren fürdieBearbeitungundVeredelungvonmikro-undnanofabriziertenSensoren.SpezielleProzesstechnologienermöglichendrastischverkleiner-teSystemgrößenvonmikro-undnanoelektromechanischenSystemkompo-nenten.DieEinsatzmöglichkeitenerstreckensichdabeiaufdasDesignvonLab-on-a-Chip-AnwendungenbishinzurDNA-Analyse.ChiparchitekturendernächstenGeneration,fürbiochemischeNachweisverfahrenbisaufEin-zelmolekülebene,werdenindennächstenJahrenerheblichanBedeutunggewinnen.

Quelle: NanoScale Systems GmbH, www.nanoss.de

Winzige Lab-on-a-Chip-Systeme statt großer Analysegeräte

Quelle: Fraunhofer CMI

hierfüristderSchwangerschaftstest.Einbestimm-tesHormon,das imUrin einer schwangerenFrauvorhandenist,bewirktdieVerfärbungderaufdemTeststreifen befindlichen Gold-Nanopartikel. DieveränderteFarbezeigtdaspositiveErgebnisan.

Lab-on-a-ChipIn den vergangenen Jahren sind große Analyse-GeräteinLaboratorienzuwinzigenLab-on-a-Chip-Systemengeschrumpft.AufeinemeinzigenMikro-prozessor-ChiprufenBiomarkermitextremkleinenFlüssigkeitsmengen eine Farbreaktion hervor, diedannausgewertetwerdenkann.EinLab-on-a-Chip-

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Beispiel: Sensitec – Magnetische Nano-Sensoren und mobile DiagnostiksystemeDashessischeUnternehmenSensitecentwickeltundproduziertSensoren,die auf dem Riesenmagnetowiderstand GMR basieren. Die Magnetfeld-sensorennutzenwenigeNanometerdünneEinzelschichtenoderSchicht-systeme, die ihren elektrischen Widerstand durch den Einfluss äußerer MagnetfelderändernundaufdieseWeiseWinkel,Abstände,MagnetfelderundStrommessenkönnen.DieseTechnikwirdzumBeispielbereitsheuteinderAutomobilindustrieundderRaumfahrtgenutzt.

DerzeitentwickeltSensitecdiemedizinischeAnwendungderTechnologieinKooperationmitanderendeutschenUnternehmenundderUniversitätBielefeld im Rahmen des Forschungsprojekts „BeadPlus“ des Bundes-ministeriumsfürBildungundForschungzurFörderungmobilerDiagnostik-systeme.

HierwerdenMöglichkeitenfürkostengünstigere,schnellereundsicherereDiagnostik von Viren oder anderen biologischen Substanzen durch Bio-GMR-Sensorikerprobt.DerEinsatzvonGMR-SensorenbeigleichzeitigerAnwendung magnetischer Nanoteilchen (Beads) ermöglicht eine starkvereinfachteDiagnostik.DieMethodekönntezumBeispiel inderKrebs-behandlungzurschnellenundgenauenZählungvonBlutbestandteilenwieThrombozyteneingesetztwerden.DazuwirdeinSensorzurDichtemessungvonmagnetischgekennzeichnetenBiomolekülenangewendet.

Quelle: Sensitec GmbH, www.sensitec.com

Test kann inwenigenMinuten zueinemErgebnisführen.AufgrundseinereinfachenHandhabungistkein geschultes Personal notwendig oder die Pa-tientenkönnendieTestssogarselbstzuHausevor-nehmen.Die„Mini-Labore“sindzudemgünstigerinderAnschaffungundschonendurchdiegeringe

Menge an Chemikalien die Umwelt. Neben dermedizinischenDiagnostikwirddie Lab-on-a-Chip-TechnologiekünftigauchinanderenAnwendungenwiederMedikamentenentwicklungoderderNah-rungsmittelindustrieeinegroßeRollespielen.

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Zur Therapie von Krankheiten lassen sich Nano-objekte und Moleküle einsetzen. Mit Hilfe von funktionalisierten Nanopartikeln können Wirk-stoffe gezielt in Organen oder erkrankten Gewe-ben angereichert werden.

Bei anderenApplikationsformendagegenwieTa-bletten,KapselnoderSalbenerreichtzumeistnurein kleiner Wirkstoffanteil den gewünschten Wir-kort, da sie aufgrund ihrermikroskaligen Struktu-rierungschlechterbioverfügbarsind.DerWirkstoffverteilt sichalsounspezifisch imKörperundkannsoNebenwirkungenauslösen.ZudembestehtbeiArzneimittelformen wie Peptiden und ProteinendieProblematik,dassdieseimMagen-Darm-Traktzuschnellabgebautwerdenundnichtzumerkrank-tenGewebegelangen.NanoskaligeTrägersysteme

Therapie

Beispiel: Microdyn-Nadir – Saubere Wirkstoffe durch NanofiltrationenDieWiesbadenerMicrodyn-NadirGmbHisteinHerstellervonMembranenfürMikro-,Ultra-undNanofiltrationsanwendungen.DieseMembranenwer-denvoralleminFermentationsverfahren,alsoderbiosynthetischenErzeu-gung vonStoffenmitHilfe vonBakterienoder Pilzkulturen, genutzt undfindenunterandereminderProduktionpharmazeutischerWirkstoffeAn-wendung.BeispielsweiselassensichImpfstoffe,Antibiotikaodersogenann-temonoklonaleAntikörper, die in der Krebstherapie eingesetztwerden,durchFermentationherstellen.

Quelle: Microdyn-Nadir GmbH, www.microdyn-nadir.com

ermöglichendenTransportvonArzneistoffendurchbiologische Barrieren wie die Blut-Hirn-Schranke.Damit sind Therapien von Hirntumoren oder vonErkrankungenwieAlzheimer,ParkinsonoderMul-tiplerSklerosemöglichgeworden.

Ein weiteres Einsatzgebiet der Nanotechnolo-gie in derMedizin ist die Blutreinigung (Dialyse).Durch die Verwendung von nanoporösen Filter-membranen, die der natürlichen Nierenstrukturähneln, können unerwünschte Schadstoffe entferntwerden,nützlicheProteineverbleibenimBlut.

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AuchfürdiepharmazeutischeIndustriehatdieNa-notechnologiegroßeVorteile.FiltrationssystemeinnanoskaligerDimension könnenProzess-, Kosten-undQualitätsvorteilebringen.

WirkstofftransportBeiderEntwicklungneuerMedikamentestellendieFormulierung und dieDarreichungsform, zumBei-spielalsTablette,KapseloderLösung,einederwe-sentlichenHerausforderungendar.VieleneueWirk-stoffescheiterngeradeandieserHürde–esgibtfürsie noch keine Formulierung, die eine spezifischeWirkunganeinembestimmtenOrtüberdenbeab-sichtigtenZeitraumermöglicht.

Drug Delivery und TargetingUm ein Höchstmaß an erwünschter Wirkung beigeringenNebenwirkungen zu erreichen, benötigtmanTransportsysteme,dieeinenWirkstoffgezieltzumkrankenGewebetransportieren.DieMedika-mentewerdendazuannanoskaligeTrägersysteme(DrugDelivery Systems) gebunden.Dadurchwirdesmöglich, dass Arzneimittel erst am anvisiertenZielortihreWirkungentfalten(DrugTargeting),wo-durchNebenwirkungenverringertwerden.

Die Darreichungsform ist ebenso entscheidend wie der Wirkstoff selbstOb aus einem Wirkstoff ein Medikament wird,entscheidet sich nicht selten an der Formulie-rung. Daher erforschen Hersteller wie die MerckKGaA in Darmstadt auch die Entwicklung neuerTrägersysteme für Medikamente. Ein von Merckangewendetes Verfahren zur Verbesserung vonAuflösungsgeschwindigkeit und Löslichkeit sowie

Permeabilität ist unter anderem die Schmelzex-trusion. Hierbei wird derWirkstoff in Nanogrößemit einemgut löslichenPolymereingeschmolzen,abgekühlt,extrudiertundvermahlen.DasPolymerlöst sich imMagen schnell auf unddamit verteiltsich auch der Wirkstoff. Auch NanosuspensionenoderliposomaleVerkapselungenwerdenaufeinenmöglichen Einsatz geprüft. Häufig geht es dabeiumdiegenauereräumlicheoderzeitlichePositio-nierungderWirkstofffreisetzung,diezueinerbes-serenBioverfügbarkeitdesWirkstoffsführensoll.

Wirkstofftransportsysteme im NanoformatZudennanoskaligenTrägersystemengehörenbei-spielsweise kugelförmige Liposome.Gegenwärtigsind verschiedene Medikamente auf liposomalerBasiszurBehandlungvonPilzinfektionen,Augener-krankungen und bestimmten Krebserkrankungen(Chemotherapie) zugelassen. Die Chemotherapiesoll die Tumorzellen abtöten beziehungsweise ihrWachstumhemmen.Leiderhabenvieledieserme-dikamentösen Therapieformen starke Nebenwir-kungenwieBeeinträchtigungenderSchleimhäuteimMundundimVerdauungstrakt,SchädigungderBlutbildungimKnochenmarkoderHaarausfall.DieNebenwirkungenentstehendadurch,dassdieThe-rapienichtkrebsspezifischwirkt,sondernjeglichesschnell wachsendes Gewebe angreift. Hier kanndie Nanotechnologie Fortschritte bringen, indemsie es ermöglicht, dass einWirkstoff zielgerichtetdiekrankheitsverursachendeZelleschädigenkann:Nanopartikel, die mit speziellen Überzügen um-mantelt sind,werden vom Immunsystemnicht alsfremd erkannt. Durch diese erhöhte Biokompati-bilität können die Nanopartikel länger im Körperverbleiben.Hinzukommenmussabernochdieprä-

Nanopartikel reichern Wirkstoffe gezielt in Tumorzellen mit beschädigter Endothelschicht an

N N

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zise Positionierung desWirkstoffs. DerWirkstoff-Transporter kann aufgrund seiner Größe nur inZellzwischenräumevonkrankemGewebeeindrin-genund zerstört vondortdie erkrankteZelle. IngesundemGewebehabenBlutgefäßeeineintakteEndothelschicht. Diese Schicht in der Wand vonBlutgefäßenkannvondemnanoskaligenWirkstoffnichtdurchdrungenwerden.Daaberinsbesonde-re in Tumorgewebendie Blutgefäße eine höhereDurchlässigkeitaufweisen,reichernsichWirkstoffedortan.Mitdiesem„Verkapselungs-Trick“kannesinZukunftgelingen,diestarkenNebenwirkungenderChemotherapiezuverringern. Forschung für neue TestsystemeIndenvergangenenJahrenhabendurchdasFeh-len kostengünstiger Herstellungsprozesse sowiegeeigneterTestsystemenurwenigeTrägersystemeeine Zulassung erhalten. Ziel einer Forschungs-gruppevonDr.MatthiasG.WackeranderUniver-sitätinFrankfurtistdeshalbdieEvaluierungneuerTrägermaterialien und Herstellungsprozesse, dieunter anderem bessere Voraussetzungen für diegroßtechnische Produktion nanoskaliger Arznei-stoffträgerschaffensollen.DenSchwerpunktderForschungderArbeitsgruppebildetdieEntwick-lung,HerstellungundCharakterisierungnanoska-ligerArzneistoffträgersystemefürdieAnwendungamMenschen.

HI-VirenbesitzenbestimmteProteine,diesichanZellrezeptoren anlagern und den Virus so in dieZelleneinschleusen.

Ein australisches Unternehmen entwickelte einenWirkstoffkandidatenaufDendrimer-Basis.DasPro-duktisteinGel,welchesvorHIV-Infektionenschüt-zensoll.DieDendrimermolekülereagierenmitPro-teinfragmentenaufderVirusoberfläche,verhinderneinAndockenunddadurcheinEindringendesVirusindieZellen.DamitistdieInfektionskettewirksamunterbrochen.

Charakterisierung und Interaktion mit biologi schen Barrieren Der Arbeitskreis um Professor Marc Schneideram Institut für pharmazeutische Technologie derPhilipps-Universität Marburg beschäftigt sich mitder Entwicklung von neuartigen Wirkstoffträger-systemen. Im Zentrum des Interesses stehen dieCharakterisierung und die Interaktion mit biolo-gischenBarrieren.DafürstudierendieForscherdieBeladung der Trägersysteme mit verschiedenenWirkstoffen sowie deren Aktivität nach der zellu-lären Aufnahme. Schon vor seiner Berufung nachMarburghatProfessorSchneideranderUniversitätdesSaarlandesmitProfessorLehrzumBeispielden„Nano-Mais“ entwickelt, ein Wirkstoff-Taxi, dasArzneimittel direkt in kranke Lungenzellen trans-portiert. Dazu füllten die Wissenschaftler Silica-PartikelineinewinzigeSchabloneinStäbchenformmit Löchern, wodurch die Miniatur-Maisstrukturentsteht.HieranwerdendieWirkstoffegekoppeltund direkt in die Zelle gebracht. Der TransporterbringtdenWirkstoffdurchdieBarrierederLungen-schleimhaut,ohnevondenFresszellendesImmun-systemsvernichtetzuwerden.

Nano-Maiskolben Silica-Partikel, mit einem hydrodyna-mischen Durchmesser von etwa 800Nanometern,diedurcheinebestimmteAbformtechnik unter Verwendung vonAgarose in Kolbenform gebracht wer-den.

Quelle: Clemens Tscheka, Marius Hittinger,

Pascal Schommer, Katrin Voos,

Nicole Daum, Marc Schneider;

Universität des Saarlandes/cc-NanoBioNet e.V./

Deutscher Verband Nanotechnologie e.V.

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Kontrollierte Freisetzung von WirkstoffenDarüber hinaus entwickeln Forscher derzeit auchNanotransporter mit kontrollierter Wirkstoffab-gabe, sogenanntem „Controlled Release“. DiesePartikel sollen ihre Fracht zu einem bestimmtenZeitpunktoderübereine längereZeitspannehin-weg freigeben. Das lässt sich etwa über die Sta-bilität von Teilchen steuern, die mit Verzögerungnur bei einem gewissen pH-Wert, beispielsweiseim saurenMilieu desMagens, abgebaut werden.DamitkönnenWirkstoffeentwedergezieltundnurandengewünschtenOrtzurgewünschtenZeitge-steuertwerden oder die kontrollierte Freisetzungwird eingesetzt, um die WirkstoffkonzentrationübermehrereStundenimgewünschtenwirksamenBereich zu ermöglichen. Zudem wird PatientenhierdurchdieMedikamenteneinnahmeerleichtert.

Verzögerte Wirkstofffreisetzung bei LungenerkrankungenDerzeit sind inhalative Medikamente zur Thera-pie von Lungenerkrankungenmit den Nachteileneiner kurzen Wirkungsdauer behaftet. AußerdemgelangtnureingeringerAnteilanWirkstoffindieLunge,dergrößteTeilwirdausgeatmet.EineFor-schergruppe um Professor Seeger an der Justus-Liebig-Universität Gießen entwickelte in Zusam-menarbeitmiteinemhessischenUnternehmeneinInhalationssystem,dasdurchnanoskaligeFormulie-

rungeneinegenaueundeffizienteAusbreitungderMedikamenteinderLungeermöglicht.EshandeltsichumeinenInhalatormitkontrollierterDosisab-gabe.ErerlaubtdieschnelleundgezielteVerabrei-chung des Medikaments und unterstützt, steuertund kontrolliert den Atemfluss des Patienten, bisein optimales Inhalationsmuster erreicht wird. DasInhalationsgerät transportiert das verschriebeneAtemwegsmedikamentzurLungedesPatientenundvermeidetsoNebenwirkungen,diedurcheineVer-teilungimRachenentstehenwürden.

Therapeutische Biomarker Mithilfe therapeutischer Biomarker lassen sichkrankhafte Prozesse erkennen undder Verlauf ei-ner Therapie beobachten. ArzneimittelbezogeneBiomarker sindParameter, die überdieWirksam-keit vonMedikamenten in der TherapieAuskunftgeben.HierhatdieGenomforschunggroßeFort-schritteermöglicht.HeutebeginntderForschungs-und Entwicklungsprozess mit der Identifikationeines Zielproteins (Target). Ein Zielprotein spieltimVerlaufderKrankheiteineaktiveRolleundsolldaher zur Therapie genutzt werden. So kann einWirkstoff das Protein hemmen oder stimulieren,um den Krankheitsverlauf positiv zu beeinflussen.Erkenntnisse aus dermodernenGenomforschungunterstützendieForscherbeiderSuchenachmög-lichenZielproteinen.

Controlled release mittels DiffusionGleichmäßigeFreisetzungvonMedikamentenübereinenlängerenZeitraum

UnwirksamerBereich

Zeit

Wirkstoffkonzentration

ToxischerBereich

WirksamerBereich

Quelle: Robert-Bosch-Stiftung, Universität Karlsruhe

PeriodischeWirkstoffgabe

ControlledRelease

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KrebstherapieKrebs: Häufige Ursachen unkontrollierten Zell-wachstums sindMutationen vonGenen, also vonAbschnitteninderDNA,dieeinProteinkodieren.GendefektewirkensichaufProteineaus,dieeineentscheidendeFunktionfürdenAblaufmolekularerProzesseinderZellehaben.

DiederzeitigenMethodenfürdieBehandlungvonKrebs unterscheiden nur unzureichend zwischenKrebszellen und gesunden Zellen und sind dahermit schweren Nebenwirkungen verbunden. DerEinsatzvonNanotechnologiesolldenzielgenauenEinsatzderMedikamenteermöglichen.

Strahlentherapie – mit Nano sicher ins ZielDurchdieEntwicklungvonBiomarkernwirdeszu-nehmendmöglich,gefährlicheTumorstammzellenaufzuspüren. Die Positronen-Emissions-Tomogra-fieoder auchdieKernspintomografiekönnenanBiomarkerngekennzeichneteStammzellenimKör-per lokalisieren.DarausergebensichneueMög-lichkeitenfürdieStrahlentherapie.Jezielsichererdie Tumorstammzellen markiert werden können,desto präziser können Stammzellen unterschied-licherTumoremittels hochdosierterStrahlen zer-störtwerden.

Hyperthermie – Tumore durch Wärme zerstörenIndenletztenJahrenwurdeanderBerlinerCharité ein neuartiges Verfahren zur lokalen Behand-lung von Tumoren entwickelt.DieGrundlagedes Therapieverfahrens bilden eisenoxidhaltigeNano-partikel,diezuTherapiebeginndirektindenTumorinjiziertwerden.Der Patientwird anschließend inein hochfrequentes Magnetfeld gelegt. DiesesversetztdieNanopartikelinSchwingung,wodurchWärmedirektimTumorgewebeentsteht.Dadurchwerden die Tumorzellen in Abhängigkeit von dererreichtenTemperaturundderBehandlungsdauerentwederdirektzerstörtoderfüreinebegleitendeRadio-oderChemotherapiesensibilisiert.

DerzeitwirdaneinerneuenGenerationdermagne-tischenEisenoxid-PartikelfürdieKrebstherapiege-forscht,dieübereineArtOrtungssystem(TargetedDelivery)verfügt,dasdieZielstrukturenerkennt.SokönnteninZukunftdiemitMolekülenangereicher-ten Eisenoxid-Partikel gezielt Tumore ansteuern,umvondenKrebszellenaufgenommenzuwerden.DerVorteil:DieNanoteilchen,dieauchKrebsme-dikamente tragen können,müssten nichtmehr indieNähedererkranktenZellengebrachtwerden.

EineeinfacheInfusionindenBlutstromwürdedanngenügen unddie Partikel fänden ihren Einsatzortvonselbst.

Chemotherapie – patientenschonend durch NanoDie proteingebundene Nanopartikel-Chemothe-rapie Abraxane® des amerikanischen Herstellers Celgene kombiniert den Wirkstoff Paclitaxel mitAlbumin,einemnatürlichvorkommendenmensch-lichenProtein.LösungsmittelsindfürdieProzedurnicht mehr notwendig. Dank der Nanopartikel-Technologie kann eine deutlich höhereDosis desWirkstoffs im Zielgewebe imVergleich zum regu-lären lösungsmittelhaltigen Paclitaxel verabreichtwerden. Das Medikament hat, nachdem es seit2008 in Europa bereits für die Behandlung vonmetastasierendem Brustkrebs zugelassen war, zu-letzt2014eineErweiterungderZulassungfürdieErstlinienbehandlungvonPatientenmitmetastasie-rendemBauchspeicheldrüsenkrebserhalten.

Chemotherapeutikum an der Oberfläche von NanodiamantenAmerikanischeForscherhabenspezielle,„diaman-tenförmige“ Nanopartikel entwickelt, an die sichChemotherapeutika binden lassen. Nanodiaman-ten heißen die Transporter aus Kohlenstoff, dieeinenDurchmesser von zwei bis achtNanometeraufweisen.DieForschungamRattenmodellhater-geben, dass sich durch diese Transportersystemeder Wirkstoff (Doxorubicin) im kranken Gewebefür eine längere Zeit anreichern konnte, währenddasgesundeGewebevomtoxischenWirkstoffver-schontwurde.

BlutreinigungImBlut zirkulieren schädlicheSubstanzen,dieausder Nahrung, aber auch aus demGewebe stam-men können. Sie werden beim gesunden Men-schen über dieNiere oder die Leber ausgeschie-den. Beim Versagen dieserOrgane, zum Beispielbeinieren-oder leberkrankenPatienten, istdieseAusscheidungsfunktiongestörtodernichtvorhan-den.DiesePatientenmüssen sichentwedereinerBlutwäsche (Dialyse) oder einer Leberersatzthera-pieunterziehen.

Dialysetechnik auf Basis nanofunktionalisierter MembranenEinDialyseverfahrenwird normalerweisebei Pati-entenmit terminalemNierenversagen eingesetzt.Bei diesen Patienten ist die Niere nicht mehr in

Controlled release mittels DiffusionGleichmäßigeFreisetzungvonMedikamentenübereinenlängerenZeitraum

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der Lage,dasBlut vonSchadstoffenundgiftigenSubstanzen zu reinigen, so dass diese wichtigeFilterfunktion des Organs von einem Dialysatorübernommenwerdenmuss.StoffwechselgifteundüberschüssigesWasser werden aus dem Blut ge-filtert und anschließend von einer Spülflüssigkeitabtransportiert.DamitkommtderPorengrößeundderOberflächenbeschaffenheitderMembraneinewichtige Rolle zu. Blutzellen und lebenswichtigeProteinewieAlbuminsollendagegenimBlutver-bleiben. Gleichzeitig sollte der Kontakt des BlutsmitderOberflächederDialysemembrankeineIm-munantwort auslösen.Mit einer Kombination aus

nanoporösen Membranmaterialien und spezifischausgelegtenAdsorbersäulenkönneneinzelnePep-tide bis hin zu kleinen Proteinen gezielt entferntwerden.DieLebensqualitätvonPatientenkannaufdieseWeisewesentlichverbessertwerden.

Nanoporöse Filtermembrane bei der Blutwäsche DieApherese-Therapie,mitderProteineundAnti- körperentferntwerdenkönnen,nutztwiedieBlut-wäschedurchdieDialyseeinenBlutkreislaufaußer-halb des Körpers. Sie stellt jedoch keinen dauer-haftenNierenersatzdar,sondernwirdinersterLiniebeiAutoimmunerkrankungeneingesetzt.

Beispiel: Fresenius Medical Care – Helixone® als DialysemembranInBadHomburgentwickelteFreseniusMedicalCareeineneueDialysatorengeneration.Diesezeich-netsichdurcheineweiterentwickelteMembranausPolysulfonaus.BeiderHerstellungderHelixone® Membranwirddiesogenannte„Nano-Controlled-Spinning“-Technologieeingesetzt.

MitdieserspeziellenTechnologiefürHohlfasermembranengelingtsowohldieHerstellungeinerdefi-niertenPorenstrukturalsaucheinergleichmäßigenPorengrößenverteilungentsprechenddenAnfor-derungenderverschiedenenAnwendungen.SowohleineengeVerteilungderPorengrößealsaucheinangepassterRadiusbeihoherPorendichteverbesserndieLeistungdesDialysators.DieOberflächesorgtzudemfüreineoptimierteBiokompatibilität.

Quelle: Fresenius Medical Care Deutschland GmbH, www.fmc-deutschland.com

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Regenerative Medizin

Die Regenerationsfähigkeit von Organen ist un-terschiedlich ausgeprägt. Stammzellen produ-zieren kontinuierlich neue Zellen in bestimmten stoffwechselintensiven Geweben. Im Gehirn, im Herzen und im Auge hingegen ist diese Fähig-keit eingeschränkt. Bei Verletzungen bildet der Körper nur funktionell minderwertiges Narben-gewebe.

Inder regenerativenMedizin als interdisziplinäresForschungsgebietverbindensichErkenntnisseausder klinischen Medizin mit Natur- und Ingenieur-wissenschaften. Sie verknüpft Ansätze der Zell-biologie, Biotechnologie und Pharmakologie mitMedizintechnikundMaterialwissenschaften.IhrZielist es, die Selbstheilungskräfte des Körpers anzu-kurbelnundsogeschädigteZellen,Gewebestruk-turenoderOrganein ihrerFunktionsweisewiederherzustellenodervollständigzuregenerieren.

SpeziellderEinsatzvonnanomedizinischenVerfah-ren kann die Regenerationsfähigkeit des Körpersunterstützen.DafürkommenunterschiedlicheMa-terialienzumEinsatz,umdieZellenwiederaufzu-bauen. Nanostrukturierte Biomaterialien findenAnwendung als Knochenersatzmaterialien undZahnfüllstoffe. Außerdem kommen nanostruktu-rierteOberflächen für ImplantateundNanofasernfürdas„TissueEngineering“(dasZüchtenvonGe-webe-undZellverbänden)zumEinsatz.Zudemistdie Stammzellforschung und -therapie essenziell:Siewird heute bereits bei schwerenKrebserkran-

kungenerfolgreicheingesetzt.AuchdieUnterstüt-zung der Regeneration von Wunden durch anti-mikrobielleWundauflagen ist inzwischen gängigePraxis.

BiomaterialienBiomaterialienermöglichendenAufbauvonkünst-lichemGewebe,indemsiebeispielsweisenatürlichablaufende Prozesse initiieren, die mechanischenEigenschafteneinernatürlichenZellumgebungimi-tierenundsodasWachstumsverhaltenunddieDif-ferenzierungvonZellenfördern.*

Der Bereich Knochenersatzmaterialien hat sich indenletzten15Jahrenrasantentwickelt.BereitsaufdemMarkt sind nanostrukturierte Biomaterialien,die als Knochenaufbaumaterial bei Knochende-fekten verwendetwerden. ImBereichderBioma-terialien werdenNanopartikel für die HerstellungvonZahnfüllstoffenoderKnochenersatzmaterialiengenutzt.

KnochenersatzmaterialienKnochenimplantate sollen inder Lage sein, einenschwachen Knochen entweder zu ersetzen oderzu verstärken.Die Struktur eines gutenKnochen-ersatzmaterialsistderdesmenschlichenKnochensnachempfunden. Nanostrukturierte Knochener-satzmaterialien bieten durch die kleinen Partikeleine besonders große Oberfläche. Sie bilden soeinestabileKontaktzonefürdenversagendenKno-

*Quelle: Fraunhofer-

Institut für Grenz-

flächen- und Biover-

fahrenstechnik IGB,

www.igb.fraunhofer.de

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gereSchrumpfungsratebeimAushärtenauf,habeneinehöhereAbriebfestigkeitundbildendenGlanznatürlicher Zähne besser nach als herkömmlicheZahnfüller.

Künstlicher Gewebeaufbau (Tissue Engineering) soll zukünftig Organspenden ersetzenDerBedarf anSpenderorganenübersteigtderenVerfügbarkeit. Schon lange versuchen Wissen-schaftler daher, Organe nachzuzüchten. DerzeitwerdenersteErfahrungendesTissueEngineeringzum Beispiel bei der Transplantation von Haut,KnorpelundKnochen,GefäßenundHerzklappengesammelt. Im Labor vermehrte Zellen werdenfunktionstüchtig erhalten und als Ersatz für er-krankteOrganeeingesetzt.ZerstörtesodernichtfunktionalesGewebekannsoersetztwerdenoderdieRegenerationunterstütztwerden.Komplexe Gewebe benötigen ein Gerüst zumAufbau einer dreidimensionalen Gewebestruktur.EineinteressanteAnwendungkönntenNanofasernwerden, die an derUniversitätMarburg in einem

Beispiel: aap Biomaterials – Antibakterielle Knochenzemente und silberbeschichtete MedizinprodukteMehrerehunderttausendPatienteninfizierensichjährlichimKrankenhaus,häufig werden diese Infektionen durch multiresistente Keime verursachtundsindFolgeeinerOperation.SolcheInfektionenkönnentödlichverlau-fen,beiImplantatenbedeutensieaberinderRegelmindestensdieEntfer-nungdesgesamten Implantats.DieaapBiomaterialsGmbHausDieburgentwickelt und produziert Knochenzemente und andere Biomaterialien. Dabei kommt unter anderem das körpereigene Knochenmineral Hydro-xylapatitzumEinsatz,dassichauchinKnorpel,imZahnbeinundimZahn-schmelzfindet.

DieMuttergesellschaftdesUnternehmens,dieaapImplantateAG,hatzu-demeinVerfahrenentwickelt,mitdemdieInfektionsgefahrbeiImplantatendurchdieBeschichtungmitNanosilberverringertwird.Diesilberbeschich-tetenProduktewirkenantibakteriell,indemsichdieNanosilberpartikelanBakterienbinden,ihreZellwandaufbrechenunddieZellteilungstören.

Quelle: aap Biomaterials GmbH, www.aap.de

chen, und dienen auch als Ausgangsmaterial fürden Wiederaufbau des körpereigenen Knochens.DamitwerdenderHeilungsprozessunddieBelast-barkeitgefördert.

Weitergehende Entwicklungen umfassen die Inte-gration wachstumsfördernder Substanzen in dieKnochenersatzmatrix.DaskannbeispielsweisemitNanokapseln aus natürlichen Aminosäuren erfol-gen, in die Wachstumsfaktoren eingeschlossensind.DiekontinuierlicheAbgabedesWirkstoffsbe-günstigtdenKnochenaufbauundbeschleunigtdenHeilungsprozess.

Zahnfüllstoffe – härter und schönerUnter den medizinischen Produkten wurden imletzten Jahrzehnt neben den Knochenersatzma-terialien vor allem Dentalwerkstoffe mithilfe vonNanotechnologie weiterentwickelt. NanopartikelwerdenzumBeispielinZahnfüllerneingesetzt,umderenoptischeundmechanischeEigenschaftenzuverbessern.SoweisenNano-Zahnfüllereinegerin-

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Verfügbarkeit von SpenderorganenAnzahlderPatientenaufderWarteliste

2012 2013

18.000

16.000

14.000

12.000

10.000

8.000

6.000

4.000

2.000

0

Nur rund ein Viertel der Patienten

auf der Warteliste erhalten eine

Transplantation.

Quelle: Darstellung :response nach

Daten der Eurotransplant Stiftung

neuen Verfahren namens „Elektrospinning“ her-gestellt wurden. Richtig miteinander versponnenstellen sie eine ideale Matrix für Tissue-Enginee-ring-Anwendungen dar. Sie können mit Wachs-tumsfaktoren,MedikamentenundanderenStoffenausgerüstet werden und sind sowohl biokompa-tibel als auch resorbierbar. Wachstumsversuchemit verschiedenenZellarten zeigeneindeutlichesWachstumaufderFasermatrixentlangderNanofa-sernundkeineZeichendesZelltodsoder-verfalls.

Protein Engineering – Optimierungsprozess für ProteineDasProteinEngineeringbeschreibteinenOptimie-rungsprozess fürProteine.DaAntikörperundan-dere natürlich vorkommende Eiweißmoleküle oftnicht sowirken,wiees füreinenspeziellenmedi-zinischen Einsatz nötig wäre, verändern ForscherdieStruktureinesProteinsundpassenseineEigen-schaften genau an ihre Bedürfnisse an. Beispielehierfür sind die Löslichkeit, Stabilität, Säureresis-tenzoderdieBindunganbestimmteZielmoleküle.

Haut,Haare,Muskeln,Blut,Augenundalleweite-renOrganebestehenausTausendenvonProteinen,die ihre Struktur und Funktion bestimmen. VieleKrankheitenhabenihrenUrsprunginbeschädigtenProteinmolekülen.ForschersindheuteinderLage,die Aminosäurekette der Proteine gezielt zu ver-ändernundaufdieseWeisedieEigenschaftenderProteinegenauzusteuern.

Am Center for Interdisciplinary Nanostructure Science and Technology (CINSaT) der UniversitätKassel erforscht Professor Friedrich Herberg, wieProteine als molekulare Schalter Funktionen derZelle regulieren, wie man sie künstlich herstellen

und verändern kann und wie sie als molekulareWerkzeuge genutzt werden können, um Krebs,DiabetesundneurodegenerativeErkrankungenzubeeinflussen. Langjähriges Untersuchungsobjektist die cAMP-abhängige Proteinkinase, kurz PKA.DiesesEnzymhateinezentraleBedeutung inderSteuerungvonStoffwechselprozessenaberauchinder(De-)RegulationvonZellen(Krebs),Gedächtnis-prozessen(ParkinsonundAlzheimer)undSchmerz.Hier versuchen die Forscher, den komplexen unddynamischen Weg der Signalübertragung in derZellezuentschlüsseln,umdamitAnsätzefürneueSchmerztherapienzuentwickeln.

ImplantateDurchFortschritte indenBereichenGesundheits-wesen, Hygiene, Ernährung, Wohnsituation undArbeitsbedingungensowiedurchdengestiegenenmateriellenWohlstandsteigtdieLebenserwartungder Menschen immer weiter. Gleichzeitig steigtder Bedarf an Implantaten, beispielsweise wennGelenkeverschleißenundersetztwerdenmüssen.Eine zentrale Herausforderung insbesondere vonpolymerbasiertenImplantatenist ihreBiokompati-bilität.DurcheineBeschichtungdieser ImplantatekannihreVerträglichkeitundLanglebigkeiterheb-lich verbessert werden. Wie gut ein Implantat indenKörpereinwachsenkann,istvorallemvonderRauheit seinerOberflächeabhängig.DieOberflä-chenstrukturmit der optimalen Rauheit lässt sichper Laser odermechanisch erzeugen undwird ineinem auf wenige Nanometer genauen Messver-fahren ständig kontrolliert. Durch die spezielleOberflächenbeschaffenheitverbessertsichdasEin-wachsverhaltenderImplantateunddamitauchdieHeilung.ZudemverringertsichdasRisiko,dassein

16.976

15.275

26 % 21 %

Anzahl aller Patienten

auf der Warteliste

Anteil der Patienten, die eine

Organtransplantation erhalten

(von verstorbenen Spendern)

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Implantat vom Körper abgestoßenwird. Das Im-plantatwirdschnelleramKnochenfixiert,wasdieStabilitätundsomitauchdieLanglebigkeitdesIm-plantatserhöht.

Veredelung von ImplantatenEintypischesProblembeiImplantatenistderVer-schleiß:winzigePartikelreibensichvonderOber-flächeabundgelangenindenKörper,wosiebei-spielsweiseEntzündungenoderAllergienauslösenkönnen.MitHilfeeinesnanotechnologischenVer-fahrens wurden inzwischen spezielle OberflächenfürdieBeckenboden-undBrustrekonstruktionent-wickelt,dieImplantatedeutlichhaltbarermachen.Dabei werden die Oberflächen der Kunststoff-implantate mittels eines Niederdruckplasmaver-fahrensmiteinerNanoschichtTitanoxidveredelt.Die Verbindung des Titanoxids mit der Polypro-pylen-Kunststoff-Matrixistdabeisofest,dasssichkeineMikropartikellösenkönnen.

Beschichtung von Gefäßprothesen (Stents) Die Beschichtung mit Nanopartikeln bewirkt beieiner Gefäßprothese einen Korrosionsschutz undeine Verbesserung des Einwachsverhaltens. Zu-sätzlichkönnenGefäßprothesendurcheineNano-beschichtungMedikamenteaufnehmenundnachImplantation an den Patienten abgeben. Außer-demwirdderzeitdarangeforschtStentszuentwi-ckeln,dienachdervorgesehenenZeitvomKörperresorbiertwerden.

WundversorgungChronischeWundenwieDruckgeschwüreoderdasDiabetische Fußsyndrom heilen äußerst langsam.NanopartikelkönnendasHautgewebezumbesse-renundschnellerenNachwachsenstimulieren.EinFusionsprotein aus Keratinocyten-Wachstumsfak-torenundElastin-ähnlichenEiweißenkannintiefeGewebeschichtenderHaut vordringenundzuei-ner schnelleren Heilung des Gewebes beitragen.IntelligenteWundverbände können dieWundhei-lungzudemunterstützen.

Pflaster und Verbandsmaterial Wundverband verabreicht AntibiotikaWer sich schon einmal eine größere Verbrennungzugezogen hat, weiß, dass die Wunde besondersfür Infektionen anfälligwird, da die SchutzbarrierederHautdurchbrochenwurde.DajedeszweiteVer-brennungsopferdiedirektenFolgeneinerInfektionnichtüberlebt,kannderselbstmedikamentierendeVerbandeineChancefürdiesePatientensein.EineenglischeForschergruppeumProfessorJenkinsanderUniversityofBathhateinenmitNanopartikelnüberzogenenWundverbandentwickelt,deraufge-fährliche Bakterien in einerWunde durch die Ab-sonderungvonAntibiotikareagiert.DabeiwirdeineEigenschaft schädlicher Bakterien genutzt: Dieseenthalten Toxine, die die Zellmembran zerstören.AufderOberflächedesVerbandssindVesikelange-bracht,dieeinAntibiotikumenthalten.BeimKontaktmitToxinenbrechendieVesikelaufundsetzenihreWirkstoffe frei. Unschädliche Bakterien verfügennichtüberToxine,sodassdieVesikelintaktbleiben.

Silberpartikel in WundauflagenNanosilberistgegeneineVielzahlvonKrankheitser-regernwirksamundkommtauchbeiderBekämp-fung von antibiotika-resistenten Erregern zumEin-satz. Ein weiteres erfolgreiches Einsatzgebiet sindzum Beispiel antimikrobielle Wundauflagen. DieHerstellerschreibenderLangzeitwirkungdesNano-silbersbesondereBedeutungzu.

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Gecko-Pflaster für schnelles Haften und LösenAm Max-Planck-Institut für Polymerforschung inMainz ist es gelungen, die in der Einleitung be-schriebene natürlicheHaftwirkungdesGeckos zuimitierenund fürdieMedizinnutzbar zumachen.Die Forscher haben einen Prototypen von Naht-material hergestellt, das der speziellen nanosko-pischenOberflächenstrukturierungandenSpitzender Zehen vonGeckos ähnelt und so ein schnel-lesHaften und Lösen ermöglicht.WissenschaftlerderUniversitätGenfhabeninZusammenarbeitmitdemMassachusettsGeneralHospitaleineGecko-Oberflächeentwickelt,derenHaftwirkungauchbeiKontaktmitWassererhaltenbleibt.Dazuerzeugendie Forscher mit lithografischen Methoden eineOberfläche mit winzigen Spitzen und überziehendiese anschließendmit einemZuckerpolymer, umdieKlebewirkungzuverstärken.EingroßerVorteil

Fuß eines Geckos im Detail Quelle: Bjørn Christian Tørrissen,

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diesesMaterials für seinenEinsatz inderMedizinist,dassesabbaubarundbiokompatibelist.

DerEinsatz nanotechnologischerVerfahren inderregenerativen Medizin eröffnet große Chancen.AmerikanischeForscherundUnternehmenwerdenhier inderEntwicklungzurzeitals führendbewer-tet.AngesichtseinerälterwerdendenBevölkerungin allen Industrie- und Schwellenländernwird derBeitrag nanotechnologischer Verfahren und An-wendungen für die regenerative Medizin in denkommendenJahrzehntenansteigen.InderVerbes-serungderFunktionsweiseundVerträglichkeitvonImplantaten, demNachzüchten vonGewebe undOrganen,demProteinEngineeringundderverbes-sertenWundversorgungwirddieNanotechnologieeinenzentralenStellenwerteinnehmen.

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Lebensqualität

Nanotechnologie bietet nicht nur breite Anwen-dungsformen in den Bereichen Diagnose, Thera-pie und regenerative Medizin. Zunehmend findet sie auch Verwendung in gesundheitsassoziierten Bereichen, die die Lebensqualität verbessern.

In der Krankheitsprävention sind Oberflächenbe-schichtungenvonBedeutung,dieeineverbesserteHygienedurchantiseptischeWirkungermöglichen.ImBereichderNutraceuticalsundKosmetik kanndurch Nanotechnologie eine Anreicherung zumBeispielmitVitaminenerfolgen.

Beispiel: Möller Medical – Schmutz- und wasserabweisende NanoCoatingsDie Nanotechnologie erlaubt eine Beschichtungstechnik, die Produktenschmutz- und wasserabweisende Eigenschaften, niedrige ReibungskraftundhöhereKratzfestigkeitverleiht.DiesogenanntenNanoCoatingsfindenAnwendungfürAnlagenteileundAbdeckungen,kratzfesteBeschichtungenfürDisplayabdeckungenausKunststoff, leichtzureinigendeundbiokom-patibleSchichtenfürdieMedizintechniksowieInnen-undAußenbeschich-tungenvonKanülenfürdieAnalytikundHumanmedizin.

Quelle: Möller Medical GmbH, www.moeller-medical.com

Oberflächenbeschichtung Oberflächenbeschichtungen, bei denen Nanoma-terialien eingesetzt werden, finden unterschied-licheAnwendungenimmedizinischenBereichundwerdenaufgrundihrerantibakteriellenEigenschaf-ten fürBeschichtungenaufKathetern,StentsundMedizingeräteneingesetzt.

Infektionsprävention: KlinikhygieneKrankheitserreger werden nicht immer direkt vonMensch zuMensch übertragen. Ein Beispiel: Dasweit verbreiteteStaphylococcus aureus-BakteriumkannmehrereWochenaufOberflächenwieTürklin-ken,TischplattenoderauchVorhangstoffenüberle-

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ben.BesondersgefährlichsinddiemultiresistentenKeimenachAngabendesBundesinstitutsfürRisiko-bewertung(BfR)fürPatientenmiteinemgeschwäch-tenImmunsystemundchronischenErkrankungen.Esistunmöglich,OberflächenimKrankenzimmernachjedemHautkontakt zudesinfizieren,umdasRisikovonInfektionenzusenken.ZurPräventionvonKran-kenhausinfektionenkönnteinZukunftdieantibakte-rielleWirkungdesNanosilbersgenutztwerden. InAnwendungen wie Implantaten, Knochenzement,KatheternoderWundauflagenwirdNanosilberbe-reitsheuteerfolgreicheingesetzt.

Hilfsmittel mit WirkungEin weiteres Einsatzgebiet von Silberbeschich-tungensindantibakterielleMedizintechnikprodukte wieStützstrümpfeoderKatheter.

Antimikrobielle Beschichtung Ein Uretersplint ist eine Nierenbeckenenddrai-nage,diedenRückflussvonUrinausderBlase indas Nierenbecken verhindert. Die antimikrobielleBeschichtungeinesUretersplintsverhindertzudemeine Verkrustung und verbessert die Gleiteigen-schaftendesMaterials.

Keimtötende Silberfäden in KompressionsstrümpfenInKompressionsstrümpfeeingewebte, feineSilber-fäden wirken keimtötend. Das Edelmetall reagiertmiteinemProteinderHautbakterienundhemmtsoderenWachstum.Der Juckreiz vonNeurodermitis-krankenkannsogelindertwerden.

Beispiel: Impreglon GmbH – Nanofinish® Beschichtung begrenzt Beschädigungen lokalDie Beschädigung einer Oberflächenbeschichtung führt normalerweisezueinerUnterwanderungderFunktionsschichten.DieNanobeschichtung Nanofinish® sorgt dafür, dass die Beschädigung lokal begrenzt bleibt. Möglich ist das durch konturnachbildende und unterwanderungsstabile AntihaftbeschichtungeninnanofeinerDünnschicht.DieNano-Beschichtungist besonders für feinpolierte Teile beziehungsweise hochpräziseAnwen-dungen geeignet, beispielsweise als hauchdünne AntihaftbeschichtungbeimEntformenoderalsSchutzfilmfürunterschiedlichsteOberflächen.

Quelle: Impreglon SE, www.impreglon.de

Wirkweise von Nanocoating am Beispiel einer Nanokompositbeschichtung

Quelle: Möller Medical GmbHGlaskeramisches,polaresSi-O-Netzwerk miteingebettetenNanopartikelnund festerchemischerBindungandasSubstrat

ImVergleichdazuherkömmliche PTFE-Beschichtungenohnechemische BindungandasSubstrat

Substrat

AbnehmenderFluor-kohlenstoffgehaltbildetweichenÜbergangvonPTFE-ähnlicherzuglasähnlicherStruktur.

PTFE-artigeOberfläche

Im eigentlichen Sinne keine

„Beschichtung“, sondern

eine dauerhafte chemiche

Modifikation der Werk-

stückoberfläche durch ein

Gradientenmaterial.

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Innovative Impfstoffe Weltweit sind etwa 170 Millionen Menschen mitdemHepatitis-C-Virus infiziert.Auch inEuropa istdieseFormderHepatitiseingroßesProblemundbetrifftrundeinProzentderBevölkerung.

Mit Nanotechnologie gegen Hepatitis CInderBehandlungvonHepatitisCwurdevorkurzemeinDurchbruch erzielt.Mit einemneuenMedika-mentkönnen90ProzentderPatientengeheiltwer-den.AllerdingssinddieBehandlungskostenderzeitnochsehrhoch.EineandereMöglichkeit,HepatitisC zu bekämpfen, wären Impfungen – bisher gibtesjedochkeinenImpfstoff.DerzeitwirdeineneueImpfmethodeerforscht,beiderdieErbinformationvon Hepatitis-C-Virusbestandteilen mit Hilfe vonNanogelenindenKörpergebrachtwerden.Nano-gele sind nurwenigeNanometer groß, bestehenaus Biopolymeren, also Materialien natürlichenUrsprungs, unddienen als Trägersysteme für denWirkstofftransport.ImmunzellennehmendieVirus-informationmit demNanogel auf und bilden fürdenKörperungefährlicheBausteinedesHepatitis-C-Virus.DasImmunsystemstarteteineAntwortda-gegen,anderenEndeGedächtniszellenimKörperentstehen.DieForschergehendavonaus,dasssichdiesesinnovativeVerfahrenzukünftigauchaufan-dereKrankheitenanwendenlässt.

Nutraceuticals NutraceuticalssindneuartigeLebensmittel,derenZusatzstoffe pharmakologisch wirken und die zurBehandlung oder Vorbeugung von Krankheitengeeignet sein sollen.DieWirkungübersteigtdennormalenNährwert.

Nanotechnologie ermöglicht es, Lebensmittelbe-standteileaufmolekularerEbenezubetrachten.Siestellt funktionelleLebensmittelundNutraceuticalsher,indemsieLebens-oderArzneimittelzumBei-spielmitVitaminenanreichert.

Functional Food zur NahrungsergänzungFunctional Food und Functional Drinks gelten alsWachstumstreiberderNahrungsmittelindustrie.Viele der weitverbreiteten Inhaltsstoffe sind nichtinWasserlöslichundlassensichdahernurschwerinLebensmitteleinbinden.BeispielefürsolcheZu-tatensindfettlöslicheVitamine,CoenzymQ10,Be-tacarotin,Lutein,Alpha-Liponsäure,Isoflavoneundvieleandere.DurchdenEinsatzvonMicellenlässtsichdieLöslichkeiterhöhen.DabeimachtsichdieIndustrie ein natürliches Prinzip zunutze:Micellenmit Durchmessern im zweistelligen Nanometer-bereich finden sich beispielsweise in HühnereiernoderinderMilch.AberauchdermenschlicheKör-perstelltkontinuierlichMicellenher,umfettlöslicheSubstanzen,wiebeispielsweisedieVitamineA,D,EundK,imKörperaufnehmenzukönnen.DiesistdiegrundlegendeVoraussetzung für denAbbau fett-löslicherSubstanzen.

Kosmetik DerEinsatzvonNanotechnologieinderKosmetikbietetgroßesPotenzialundvieleChancen.Sokön-nen Nanopigmente die Haut vor negativen Aus-wirkungenderUV-Strahlenschützen.NanokristalleerhöhendieBioverfügbarkeitvonSubstanzen,umeinekosmetischeWirkungzuerzielen.

Nanoemulsionen erhöhen den Gehalt von pflegenden Ölen in kosmetischen MittelnNanoemulsionensindweitverbreitetinderNatur,wieetwainMilch.AuchvieleKosmetikaenthaltenÖl- und Wassertröpfchen, die auf nanometrischeAbmessungenreduziertwerden,umdenGehaltanpflegendenÖlenzuerhöhenundzugleichvorteil-hafteAnwendbarkeit zugewährleisten.Gelegent-lichwerdenempfindlicheWirkstoffe,wieVitamine,in Bläschen mit Nanogröße vor Luft geschützt. Liposome beispielsweise setzen den Inhaltsstoff

3D-Illustration eines Hepatitis-C-Virus

Foto: © fotoliaxrender, www.fotolia.de

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erstzumZeitpunktderAnwendungbeiKontaktmitderHautfrei.NanoemulsionendurchdringennichtdieHautbarriere.

Nanopigmente zum SonnenschutzTitandioxidundZinkoxidsindMineralien,dieauchinderNaturweitverbreitsind.InSonnenschutzmit-teln werden diese Stoffe in Form vonNanoparti-keln verwendet,weil sie dasUV-Licht reflektierenbeziehungsweise absorbieren und somit dieHautvornegativenAuswirkungenvonUV-Strahlen,ein-schließlichHautkrebsschützen.

Nanokristalle verbessern Wirkung Die Bioverfügbarkeit von Stoffen hängt an ihrenLösungseigenschaften – also Löslichkeit und Auf-lösungsgeschwindigkeit.AnderFreienUniversitätBerlinbeschäftigtensichProfessorRainerH.MüllerundProfessorinCorneliaKeck(HochschuleKaisers-lautern)mitderFrage,wiedergleicheStoffdurch

denEinsatzvonNanotechnologieeinanderesLö-sungsverhalten erreichen kann. Durch die Erzeu-gung von Nanokristallen können Löslichkeit undAuflösungsgeschwindigkeiterhöhtwerden,sodassdieseSubstanzenausreichendbiologischverfügbarsind.

DergesamteBereichdesErhaltsundderVerbes-serung der Lebensqualität im Sinne eines umfas-sendenGesundheitsbegriffs isteineAntriebsfederfür wirtschaftlichesWachstum, von dem auch dieNanotechnologie profitieren wird. Das InteresseangesundheitsförderndenMaßnahmenundWirk-stoffen wird mit steigendem Wohlstand auch inSchwellenländern stetig zunehmen. Insbesonderein den USA und einigen asiatischen und lateina-merikanischen Ländern sind der Einsatz von kos-metischenProduktenunddieplastischeChirurgieWachstumstreiber,dieohneNanotechnologienichtmehrvorstellbarwären.

Titandioxid- und Zinkoxidnanopartikel in Sonnencreme reflektieren UV-Strahlung

Haut mit UV-Schutz

Sonnencreme

Nanopartikel

Sonnenstrahlen

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Heutzutage ist es eine Selbstverständlichkeit, dass neue Technologien auf ihrem Weg in die An-wendung mit einem Diskurs zur Technikfolgen-abschätzung begleitet werden. Da verschiedene Eigenschaften sowie der konkrete Einsatzbereich über die Wirkungsweise von Nanomaterialien be-stimmen, ist eine Risikobewertung komplex.

DankvorausschauenderPlanungistdieSicherheits-forschungindernochjungenDisziplinschonrechtweitfortgeschritten–auchwennnochlängstnichtalleFragengeklärtsind.KaumeineandereTechno-logieistsofrühzeitigineinenDiskursundindieEr-forschungeinersicherenAnwendungeingetreten,denn eines ist unbestritten: UmdieChancen derNanotechnologiezukunftsfähignutzenzukönnen,ist die Identifizierung undMinimierungmöglicherRisikenfürUmweltundGesundheitunerlässlich.

10 Jahre Forschung zum Umgang mit NanotechnologieEinArbeitskreisdesVerbandsder chemischen In-dustrie (VCI) und der Gesellschaft für ChemischeTechnik und Biotechnologie (DECHEMA) hat imJahr2011eineZwischenbilanzüber„10JahreFor-schung zurRisikobewertung,Human-undÖkoto-xikologie vonNanomaterialien“ fertiggestellt. Ex-pertenausIndustrieundForschungseinrichtungenhabendenStandderSicherheitsforschungzusam-mengestellt unddienationalenundeuropäischenProjekte zur Toxizität verschiedenster Nanomate-rialien für Mensch und Umwelt ausgewertet. IhrFazit: Die Größenbezeichnung Nano bedeutetnichtunmittelbarauch„toxisch“undstelltkeinin-trinsischesGefährdungsmerkmaldar. ZumNutzender gesamten Gesellschaft sollte der kontinuier-liche Transfer der Forschungsergebnisse aus denLabors in erfolgreiche Innovationenweitergeführtund durch eine begleitende Sicherheitsforschungunterstütztwerden.

Die NanoKommission der Bundesregierung (2006 - 2011)DieBundesregierunghat von2006bis 2011eine„NanoKommission“einberufen, indermitVertre-ternausMinisterien,Behörden,Wissenschaft,Wirt-schaftundNGOsallewichtigenInteressengruppenvertreten waren. Die Kommission arbeitete vorallemanLeitlinien füreinenverantwortungsvollen

Umgangmit Nanotechnologie und an einer stär-kerenNutzungdesPotenzialsvonNanomaterialienfür eine nachhaltige Entwicklung und den SchutzvonUmwelt,RessourcenundGesundheit.

NANOSAFE2DasProjekt„NANOSAFE2“derEuropäischenKom-missionistaufdiesichereHerstellungundVerwen-dung von Nanomaterialien fokussiert. 25 PartnerausIndustrie,ForschungszentrenundUniversitätenentwickelnneueErkennungs-,Überwachungs-undCharakterisierungstechniken sowie sichere indus-trielleProduktionssystemeundAnwendungenvonNanoobjekten.DasProjektstehtimengenVerhält-nis zu anderen Projekten auf nationaler, europä-ischerundinternationalerEbene,einschließlichdesdeutschenProjektsNanocareund seinerNachfol-gerDaNaundDaNa2.0 (VerantwortungsvollerUm-gangmitNanomaterialien,www.nanopartikel.info).

NanoGEM (2008 - 2013)Das Projekt „NanostrukturierteMaterialien – Ge-sundheit, Exposition und Materialeigenschaften“(NanoGEM)warmit6,4MillionenEuroFördersum-meseinerzeitdasgrößteProjekt,dasvomBundes-ministeriumfürBildungundForschung(BMBF)imRahmen der damaligen NanoCare-Ausschreibunggefördertwurde.

Sicherheit für Patienten und Nutzer

Kennzeichnungspflicht für Kosmetika:

Inhaltsstoffe in Nanogröße müssen durch den

Zusatz „Nano“ kenntlich gemacht werden.

Quelle: :response

31

ZielvonNanoGEMistes,einenBeitragzurallge-meinenSicherheitderNanotechnologieinDeutsch-landzu leisten.DurchInformationundAufklärungsoll die Akzeptanz dieser Technologie verbessertwerden.SchließlichwilldasBMBFdieökologischenund wirtschaftlichen Erfolgsaussichten der Nano-technologie durch die Forschungsförderung fürdenStandortDeutschlandstärken.

DaNa2.0 – Daten und Wissen zu Nanomaterialien (seit 2009)IndemProjektDaNa2.0arbeiteteininterdisziplinäresTeamausWissenschaftlerndaran,Forschungsergeb-nissezuNanomaterialiensowiederenAuswirkungenauf den Menschen und die Umwelt allgemeinver-ständlich aufzubereiten.Die Informationenwerdenauf der Internetplattform www.nanopartikel.info veröffentlicht. IndemvomBMBFgefördertenPro-jektarbeitenzehneuropäischePartnerunterLeitungderDECHEMAzusammen.

ZulassungsverfahrenDerGesetzgeberhatausdenErfahrungenmitan-derenTechnologiengelerntundeinenDiskurszurNanotechnologie frühzeitig initiiert. Im ErgebnisliegteineReihevongesetzlichenVorgabenvor.

Zulassung von Arzneimitteln und MedizinproduktenDieZulassungvonWirkstoffenundImplantaten,dievorallemdemSchutzdesPatientendient,unterlie-gtderAufsichtdesBundesinstitutsfürArzneimittel

undMedizinprodukte(BfArM).ImRahmenderZu-lassungmusssowohleinNachweisüberdieQua-lität als auch über die Unbedenklichkeit erbrachtwerden.Mögliche Risiken von nanotechnologischhergestelltenArzneimittelnsowieNanoteilchenalsInhaltsstoffewerdenbewertet.

Chemikalienverordnung REACHDie europäische Chemikalienverordnung REACH(Registration,Evaluation,AuthorisationandRestric-tionofChemicals)schafftdierechtlichenRahmenbe-dingungenfürdensicherenUmgangmitChemika-lien,zudenenauchNanomaterialienzählen.DieseVerordnungzentralisiertundvereinfachtdasChemi-kalienrechteuropaweit.ZudemwurdenfürdieAn-wendungsbereicheKosmetik und Lebensmittel na-nospezifischeFormulierungen indieVerordnungenaufgenommen. Allerdings herrscht im AugenblicknochUneinigkeitzwischenIndustrieundeinigenIn-teressengruppen, ob auch Nanomaterialien durchREACHausreichendgeregeltwerden.

Lebensmittelrechtliche RahmenbedingungenDie allgemeinen und spezifischen Anforderungendes deutschen Lebensmittel- und Futtermittelge-setzbuchsunddereuropäischenVerordnung (EG)geltenvollumfänglichauch imHinblickaufpoten-zielleAnwendungennanoskaligerMaterialienundVerfahrenunterEinsatzderNanotechnologie.Auf-grund dieses Regulierungsrahmens besteht dieAuffassung der Bundesregierung und der Euro-päischen Kommission, dass keine eigenständigengesetzlichen Maßnahmen erforderlich sind. Aus

Sicherheit für Patienten und NutzerDie von der DECHEMA betriebene

Website www.nanopartikel.info

stellt Forschungsergebnisse zur Sicher-

heit von Nanomaterialien verständlich

aufbereitet für die interessierte

Öffentlichkeit zur Verfügung.

Quelle: Screenshot der Startseite DaNa2.0

www.nanopartikel.info (Stand: 07.06.2015)

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derAnwendungdesbestehendenRegelwerkser-geben sich hohe Sicherheitsanforderungen, klareVerantwortlichkeiten,RegelungenzurVerbraucher-informationundKompetenzenfürdiezuständigenBehörden.SeitDezember2014giltindergesamtenEU die neue europäische Lebensmittel-Informati-onsverordnung,nachderalleinLebensmittelnent-haltenen technisch hergestellten NanomaterialienimZutatenverzeichnismitdemZusatz„Nano“ge-kennzeichnetwerdenmüssen.

EU-KosmetikverordnungDieEU-KosmetikverordnungenthältumfangreicheRegelungenfürdenUmgangmitNanomaterialien.DazugehörendieRegistrierungs-undKennzeich-nungspflichtgenausowiedieVerpflichtung,Sicher-heitsdatenzuübermittelnundeinenKatalogallerNanomaterialieninkosmetischenMittelnzuerstel-len.Seit2013müssen inDeutschlandauchNano-materialieninKosmetikagekennzeichnetwerden.

Verantwortungsvoller Umgang mit Nano- technologieDie Technologielinie Hessen-Nanotech des Hessi-schen Ministeriums für Wirtschaft, Energie, Ver-kehr und Landesentwicklung betreibt die Infor-mationsplattform www.nano-sicherheit.de für den verantwortungsvollen Umgang mit Nanotechnolo-gien.DieOnline-PlattformhilftUnternehmen,aberauchWissenschaftlern sowieAnwendern und inte-ressiertenBürgerinnenundBürgern,einenschnellenundumfassendenÜberblicküberdieaktuellenFor-schungsaktivitätenunddieDiskussionumdieSicher-heitvonNanotechnologienzugewinnenunddazubeizutragen,diegesellschaftlicheAkzeptanzweiterzuerhöhen.

Erforschung von Nanosicherheit:

Zellversuch mit Lungenzellen (rot)

und Nanopartikeln (grün)

Quelle: INM – Leibniz-Institut für

Neue Materialien gGmbH

3333

Ausblick – Potenziale der Nanomedizin

Nanotechnologie gilt weiterhin als Hoffnungsträger für die Medizin und Ge-sundheitswirtschaft. In allen nennenswerten Bereichen der medizinischen Vorsorge ist sie bereits in Erprobung oder trägt zum besseren Erfolg bei, unter anderem bei der Entwicklung neuer Diagnose- und Therapieverfah-ren, durch Erkenntnisfortschritte in den Biowissenschaften und im Ver-ständnis biologischer Prozesse sowie durch die Entwicklung neuer und die Optimierung bekannter Therapien.

NanotechnologiebasierteDiagnoseinstrumentekönnenmöglicherweiseKrank-heiten oder die Anfälligkeit für die Ausbildung von Krankheiten früher alsbisher erkennen. Lab-on-a-Chip kann einen Beitrag leisten in Bezug aufindividualisierteMedizin.BeiderTherapiebestehtdieAussicht,mithilfederNanotechnologie neue, nebenwirkungsarme Therapien zu entwickeln. Diebreite Anwendung nanopartikulärer Dosiersysteme soll zu Fortschritten beider Behandlung führen. Durch Nanotechnologie kann die BiokompatibilitätvonImplantatenverbessertwerden.

Mehr Wirkung, weniger NebenwirkungKrankheiten verlaufen nicht bei allenMenschen gleich. Genetische Disposi-tion,dasAlteroderUmweltfaktorenbeeinflussensowohldenKrankheitsver-laufauchalsdessenBehandlung.WirkstoffewerdendaherinunterschiedlicherWeiseaufgenommenundverarbeitet.Damit solchenEinflussfaktorenbesserRechnunggetragenwird,werdenindividuellzusammengestellteTherapienanCharakteristikadesPatientenangepasst.DieserAnsatzwirdunterdemBegriff„personalisierteMedizin“zusammengefasstundsolleinewirksamereundumNebenwirkungen reduzierte Behandlung ermöglichen. Durch die gezieltereBekämpfungvonErregern istaucheineReduzierungderBehandlungsdauermöglich.

Lebensqualität im AlterImZugedesdemografischenWandelsgewinntdasgesundeAlternanBedeu-tung. Die Nanomedizin kann die Aussichten auf ein längeres und aktiveresLeben positiv mitgestalten. Heilung für Krebs, Herz-Kreislauf-ErkrankungenundAlzheimer,langlebigeImplantatefürKnochen,ZähneoderzurStimulanzvon neuronalen Aktivitäten und der Erhalt des Sehvermögens versprechenmehrLebensqualitätfürdiePatienten.

Fazit MitderNanotechnologieverbindetsichdieHoffnungaufbedeutendeFort-schritteunddamitunternehmerischePotenzialeinfastallenBranchenderWirt-schaft.InvielenBereichenprofitierenwirheuteschonvomEinsatznanotechno-logischerProdukteundVerfahren.Smartphones,ProzessorenundSpeichersindbeispielsweiseohnedenEinsatzderNanotechnologienichtmehrzuproduzie-ren.AberauchausMedizinundGesundheitswirtschaftistdieNanotechnologiekünftignichtmehrwegzudenken.SiebildetdamiteinesderzentralenZukunfts-felderderindustriellenForschungundEntwicklung.

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Einführung

• BundesministeriumfürBildungundForschung(BMBF)

2011&2013:nano.DE-Report2011&2013–Statusquo

derNanotechnologieinDeutschland,www.bmbf.de

• DaNa2.0:Online-PlattformzuNanomaterialienundNano-

Sicherheitsforschung,www.nanopartikel.info

• Etheridgeetal.2013:TheBigPictureonNanomedicine–

theStateofInvestigationalandApprovedNanomedicine

Products,in:Nano-Medicine:Nanotechnology,Biology,

andMedicine,9/2013,1-14

• Hessen-Nanotech2008:Nanomedizin,Band2derSchriften-

reiheHessen-Nanotech,www.hessen-nanotech.de

• Hessen-Nanotech2011:NanotechnologieinderNatur–

BionikimBetrieb,Band20derSchriftenreiheHessen-

Nanotech,www.hessen-nanotech.de

• NanoKommissionderdeutschenBundesregierung2008:

VerantwortlicherUmgangmitNanotechnologien,

www.bmub.bund.de

Einsatzgebiete: Diagnostik

• BundesministeriumfürBildungundForschung(BMBF),

www.bmbf.de

• BundesministeriumfürBildungundForschung(BMBF):

Projekt-WebsitederBMBF-Initiative„nanoTruck–

TreffpunktNanowelten“zuChancenundHerausfor-

derungenderNanotechnologie,www.nanotruck.de

• DaNa2.0:Online-PlattformzuNanomaterialienundNano-

Sicherheitsforschung,www.nanopartikel.info

• EuropäischesParlamentundEuropäischerRat:Richtlinie

98/79/EGüberIn-Vitro-Diagnostika,27.10.1998,

eur-lex.europa.eu

• Fraunhofer-VerbundLifeSciences2010:Nanotechnologie-

forschungfürMenschundUmwelt,www.fraunhofer.de

• Max-Planck-InstitutfürKohlenforschung:Forschungsbe-

richt2005–AufdemWegzumChip-Labor,www.mpg.de

Einsatzgebiete: Therapie

• BayerPharmaAG:Biomarker,BayerHealthCare,

pharma.bayer.com/de/forschung-und-entwicklung/

technologien-trends/biomarker

• Charité–UniversitätsmedizinBerlin:Charitéetabliert

NanoTherm®TherapiebeiRückfällenvonGehirntumoren,

7.7.2011,www.charite.de

• DeutschesKrebsforschungszentrum(DKFZ):Online-

InformationsdienstzuKrebserkrankungen,-vorbeugung

und-früherkennung,www.krebsinformationsdienst.de

• EuropeanMedicinesAgency(EMA):EuropeanMedicines

AgencyRecommendsExtendingUseofAbraxaneto

IncludeTreatmentofPancreaticCancer,22.11.2013,

www.ema.europe.eu

• FriedrichEbertStiftung2008:Nanomedizin–

ChancenundRisiken,www.fes.de

• Helmholtz-ZentrumMünchen&DeutschesZentrumfür

Lungenforschung(DLZ):Online-Informationsdienstzu

Lungenerkrankungen,www.lungeninformationsdienst.de

• Laborwelt:Nano-MaisalsWirkstoff-Taxi,www.laborwelt.de

• MerckSeronoGmbH:NanoskaligeArzneiformenzur

BioverfügbarkeitserhöhungpharmazeutischerWirkstoffe,

VortragDr.AndreaHanefeld,22.5.2014,Hessen-Nanotech-

Vortragsreihe„NeuePotenzialefürdieNanotechnologie

inderMedizin“

• Pohl-Apel2010:DrugDeliverySystems–MitNanopartikeln

WirkstoffeansZielbringen,in:SpringerBIOspektrum,

7/2010,816-17

• F.Hoffmann-LaRocheLtd:Biomarker,www.roche.com/de/

research_and_development/what_we_are_working_on/

research_technologies/translational_technologies/

biomarkers.htm

• StarpharmaHoldingsLimited:VivaGel®Condom,

www.starpharma.com/the_vivagel_condom

• Technologie&InnovationMittelhessen:TIMM-Projekte–

EntwicklungeinesinnovativenInhalationssystems,

www.timm-mittelhessen.de

• Xietal.2014:Convection-enhancedDeliveryofNano-

diamondDrugDeliveryPlatformsforIntracranial

TumorTreatment,in:Nano-Medicine:Nanotechnology,

Biology,andMedicine,10/2014,381-91

Einsatzgebiete: Regenerative Medizin

• aapBiomaterialsGmbH:MinimierungdesBesiedelungs-

risikosvonImplantatendurchVerwendungvonSilber-

nanopartikeln,VortragChristophSattig,4.12.2013,

Hessen-Nanotech-Vortragsreihe„NeuePotenziale

fürdieNanotechnologieinderMedizin“

• Biotechnologie.de:RegenerativeMedizin–Heilenmit

Zellen,www.biotechnologie.de

• BundesverbandMedizintechnologie2011:Hintergrund-

informationenundAnwendungsbeispielezurNano-

medizin,www.bvmed.de

• Herz-undDiabeteszentrumNordrhein-Westfalen,Ruhr-

UniversitätBochum:NeueHoffnungfürHerzinfarkt-

Patienten–GefäßprothesemitMedikamenten-

beschichtung,2.2.2011,www.hdz-nrw.de

• UniversitätBasel:VomGecko-PrinzipzumKlebebandfür

dieMedizin,22.2.2008,idw-online.de/de/news247921

• NanostartAG:NanotechnologieinderMedizin–effektiv,

gezieltundschnell,www.nanostart.de/de/nanotechno-

logie/nanotechnologie-info-allgemein/906-nanotech-

nologie-in-der-medizin-effektiv-gezielt-und-schnell

• NetzwerkNanosilber:NanosilberinMedizinprodukten,

www.nanosilber.de

Literatur und weiterführende Informationen

35

Einsatzgebiete: Lebensqualität

• Biotechnologie.de:Nanogel-ImpfunggegenHepatitisC,

24.8.2011,www.biotechnologie.de

• IndustrieverbandKörperpflege-undWaschmittel2008:

NanotechnologieundkosmetischeMittel,www.ikw.org

• ZEIT:Hepatitis-C-Medikament–Wievieldarfdie

Gesundheitkosten?,6.8.2014,www.zeit.de

Sicherheit für Patienten und Nutzer

• DECHEMAGesellschaftfürChemischeTechnikund

Biotechnologie&VerbandderChemischenIndustrie(VCI)

2011:10JahreForschungzuRisikobewertung,Human-und

ÖkotoxikologievonNanomaterialien,www.dechema.de

• BundesministeriumfürUmwelt,NaturschutzundReaktor-

sicherheit(BMU)2011:VerantwortlicherUmgangmit

Nanotechnologien–BerichtundEmpfehlungender

NanoKommission2011,www.bmub.bund.de

• Umweltbundesamt,BundesinstitutfürRisikobewertung(BfR)

&BundesanstaltfürArbeitsschutzundArbeitsmedizin

(BAuA)2013:NanomaterialienundREACH–Hintergrund-

papierzurPositionderdeutschenBundesbehörden,

www.bfr.bund.de

• BundfürLebensmittelrechtundLebensmittelkunde:

LebensmittelundNanotechnologie,www.bll.de

• BundesministeriumfürErnährungundLandwirtschaft

(BMEL)2014:KennzeichnungvonLebensmitteln–

DieneuenRegelungen,www.bmel.de

Ausblick – Potenziale der Nanomedizin

• BayerPharmaAG:PersonalisierteMedizin,BayerHealth-

Care,pharma.bayer.com/de/forschung-und-entwicklung/

technologien-trends/personalisierte-medizin/index.php

• FriedrichEbertStiftung2008:Nanomedizin–Chancen

undRisiken,www.fes.de

Impressum

Nanotechnologie und Medizin

Eine Schlüsseltechnologie kommt an

Band16derSchriftenreihederTechnologielinieHessen-Biotech

Band26derSchriftenreihederTechnologielinieHessen-Nanotech

Herausgeber

HessenTrade&InvestGmbH

Konradinerallee9,65189Wiesbaden

Telefon+49(0)61195017-85

www.htai.de

DerHerausgeberübernimmtkeineGewährfürdieRichtigkeit,

dieGenauigkeitunddieVollständigkeitderAngabensowie

fürdieBeachtungprivaterRechteDritter.DieinderVeröffent-

lichunggeäußertenAnsichtenundMeinungenmüssennicht

mitderMeinungdesHerausgebersübereinstimmen.

Erstellt von

:response,Inh.ArvedLüth

Moselstraße4,60329FrankfurtamMain

Autoren:ArvedLüth,MartenDeuter,MadeleineFrühun-

terMitarbeitvonKarolinKönigundSonjaBarwitzki

Wir bedanken uns bei folgenden Experten für

Anregungen und Hinweise

Prof.Dr.CorneliaKeck,FachhochschuleKaiserslautern

Prof.Dr.JörgKreuter,JohannWolfgangGoethe-

UniversitätFrankfurt

Prof.Dr.med.StefanLüth,Universitätsklinikum

Hamburg-Eppendorf

Dr.ChristophSteinbach,DECHEMAGesellschaft

fürChemischeTechnikundBiotechnologiee.V.

Prof.Dr.JörgVienken,Nephro-SolutionsAG

Beteiligungsgesellschaft

Redaktion

SebastianHummel,HessischesMinisteriumfür

Wirtschaft,Energie,VerkehrundLandesentwicklung

Dr.DetlefTerzenbach,HessenTrade&InvestGmbH

©HessischesMinisteriumfürWirtschaft,

Energie,VerkehrundLandesentwicklung

Kaiser-Friedrich-Ring75,65185Wiesbaden

www.wirtschaft.hessen.de

VervielfältigungundNachdruck–auchauszugsweise–

nurnachvorherigerschriftlicherGenehmigung.

Gestaltung, Illustrationen und grafische Herstellung

NicoleKruse,XYMBOL–designstrategies,Seeheim-Jugenheim

www.xymbol.de

Druck

A&MServiceGmbH,Elz

September2015

Band 1 Förderoptionen

FürtechnologieorientierteUnternehmeninHessen

Band 2 Werkzeuge der Natur

WeißeBiotechnologieinHessen

Band 3 Hessen – Gateway to Biomanufacturing in Europe

ApracticalGuidetoSitesandServicesfor

GMP-Production

Band 4 Hessen – Your Gateway to the Diagnostics Market

in Europe

ApracticalGuidetoServicesandTechnology

fortheDiagnosticIndustry

Band 5 Medizintechnik in Hessen – Strukturen und Potenziale

ErgebnisseeinerUnternehmensbefragung

Band 6 Competence Atlas Hessen-Biotech

TheSpectrumofBiotechnologyCompanies

inHessen2009

Band 7 Hessen – das Tor zum europäischen Diagnostikmarkt

WegweiserfürDienstleistungenundTechnologien

inderhessischenIn-vitro-Diagnostik-Industrie

Band 8 Hessen – Gateway to Contract Research in Europe

ApracticalGuidetoSitesandServices,secondedition

Band 9 Biotech in Hessen

DatenundFakten/FactsandFigures

Band 10 Chemical Parks in Hessen / Industrieparks in Hessen

ProfessionalSitesandServicesforPharma,Biotech

andChemistryinCentralEurope/ InnovativeStandorte

fürdieBio-,Pharma-undChemieindustrie

Band 11 Industrielle Biotechnologie in Hessen /

Industrial Biotechnology in Hessen

EinStreifzugdurchdieAnwenderbranchen/

AGuidedTourthroughtheUserSectors

Band 12 Raum für Innovationen / Room for Innovations Hessen

BiotechnologiestandortHessen/LocationforBiotechnology

Band 13 Personalisierte Medizin in Hessen /

Personalised Medicine in Hessen

NeueTechnologienfürmaßgeschneiderteTherapie/

NewTechnologiesforCustomisedTherapies

Band 14 Medizintechnik in Hessen / Medical Technologies

in Hessen

ErgebnisseeinerStandortanalyseund

Unternehmensbefragung/

ResultsofaLocationStudyandCompanySurvey

Band 15 Diagnostik-Industrie in Hessen

Band 16 Nanotechnologie und Medizin

EineSchlüsseltechnologiekommtan

Informationen/ Downloads/ Bestellungen: www.hessen-biotech.de/publikationen

Schriftenreihe Hessen-Biotech

ProjektträgerderTechnologielinienHessen-Biotech undHessen-NanotechdesHessischenMinisteriumsfürWirtschaft,Energie,VerkehrundLandesentwicklung

EUROPEAN UNION:Investition in Ihre Zukunft – Europäischer Fondsfür regionale Entwicklung.

Die Technologielinien Hessen-Biotech und Hessen-Nanotech werden kofinanziert aus Mitteln der Europäischen Union.

www.hessen-biotech.de

www.hessen-nanotech.de