Magnetischer Befehl für Zellen:
Drahtlos-Interface zu Genen gefunden

Ein unsichtbares Feld trifft auf winzige Partikel im Körper, Sekunden später beginnt eine einzelne Zelle, gezielt ein therapeutisches Protein herzustellen. Forscher haben ein beeindruckendes, drahtloses Gen-Interface entwickelt.

Genaktivierung per Magnetfeld: Durchbruch in der ETH

Ein sanfter Impuls von außen - und im Inneren der Zelle beginnt die Produktion eines lebenswichtigen Proteins. Ein Team der ETH Zürich hat ein Verfahren entwickelt, mit dem sich Gene bei Mäusen gezielt durch schwache Magnetfelder aktivieren lassen - ganz ohne chirurgischen Eingriff oder chemische Zusätze. Der Clou: winzige, biokompatible Nanopartikel dienen als Schnittstelle zwischen Magnetfeld und Zellapparat.

Im Zentrum der Methode stehen sogenannte multiferroische Nanopartikel. Sie bestehen aus einem Kern aus Kobalt und Bismutferrit - Materialien, die auf Magnetfelder reagieren - und sind von einer Hülle aus Chitosan umgeben. Letzteres ist ein bioverträglicher Stoff, der reich an positiv geladenen Aminogruppen ist. Diese erleichtern nicht nur das Eindringen in die Zelle, sondern verhindern auch eine schädliche Wechselwirkung mit der biologischen Umgebung.

Wir haben es geschafft, drahtlose elektromagnetische Steuerung mit der natürlichen Transgenexpression in Säugetierzellen zu verbinden - über intrazelluläre Nanopartikel, die als magnetische Schnittstellenempfänger fungieren.

Sobald ein schwaches elektromagnetisches Feld mit einer Frequenz von 1 Kilohertz und einer Stärke von 21 Millitesla auf die Partikel einwirkt, beginnt im Zellinneren eine Reaktion: Es entstehen sogenannte reaktive Sauerstoffspezies (ROS) - natürliche Signalmoleküle, die in geringen Mengen als ungefährlich gelten. Die Forschenden nutzten diese gezielt, um einen genetischen Schaltkreis zu aktivieren, der über den KEAP1/NRF2-Weg arbeitet - ein Mechanismus, der zellulär auf oxidativen Stress reagiert. Illustration der Synthese von CBCFO-Nanopartikeln (Nature) Sobald die ROS detektiert werden, signalisiert der Mechanismus der Zelle, ein gewünschtes Protein herzustellen - in der Studie war das etwa Insulin. Der große Vorteil: Zeitpunkt und Ort der Proteinproduktion lassen sich exakt und drahtlos von außen bestimmen. Eingriffe oder Stromzufuhr sind nicht erforderlich. Die Autoren testeten das Verfahren an Mäusen mit Diabetes: Eine dreiminütige tägliche Magnetfeld-Stimulation reichte aus, um stabile Blutzuckerwerte zu erzielen.

Fakten: Das System im Überblick
Ein weiterer technischer Vorteil liegt im Aufbau des Senders: Ein einfacher E-förmiger Eisenkern reicht aus, um das Magnetfeld zu erzeugen, das in einer Tiefe von 3 bis 5 Millimetern - etwa unter der Haut - wirksam ist. Das entspricht der typischen Implantationstiefe bei kleinen Säugetieren und wäre auch für Menschen anwendbar. Im Gegensatz zu bisherigen Methoden benötigt das System weniger Nanopartikel, vermeidet unerwünschte Wechselwirkungen und gilt als besonders verträglich.

Die Plattform könnte laut der auf Nature Nanotechnology veröffentlichten Studie künftig für andere Anwendungen erweitert werden - etwa in der Onkologie oder der regenerativen Medizin. In Aussicht steht ein System, mit dem sich viele therapeutische Gene drahtlos regulieren lassen.


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