Wie Ultraschall Zellen öffnet

Eine kurze Ultraschall-Behandlung kann die Hüllen lebender Zellen vorübergehend durchlässig für Medikamente machen. Wie dies geschieht, haben amerikanische Forscher nun aufklären können. Indem feinste, von dem Ultraschall erzeugte Gasbläschen kollabieren, werden kleine Löcher in die Zellmembran gesprengt.

Eine vom Ultraschall “angefressene” Zelle unter dem Rasterelektronenmikroskop. Die Aufnahme wurde eingefärbt, um die zwei Löcher in der Zellmembran besser sichtbar zu machen. Bild: Robyn Schlicher, Robert Apkarian and Mark Baran

Diese Poren schließen sich binnen einer Minute wieder und die Zellen tragen keinen offensichtlichen Schaden davon, berichten die Forscher um Robyn Schlicher und Mark Prausnitz vom Georgia Institute of Technology im Fachblatt “Ultrasound in Medicine & Biology”. Daher könnte die Technik vielleicht genutzt werden, um Wirkstoffe oder etwa DNA auf besonders effiziente und gleichzeitig schonende Weise ans Ziel zu bringen.

Die Forscher studierten die Wirkungsweise der Technik am Beispiel von Prostatakrebs-Zellen und mit Hilfe verschiedener mikroskopischer Techniken. Entscheidend sind demnach winzige Gasblasen, die im Takt der Ultraschallwellen in der Umgebung der Zellen wachsen und schrumpfen und schließlich in sich zusammenfallen. Die dadurch ausgelösten Flüssigkeitsbewegungen stoßen Löcher in die Zellmembran, die selbst 50 Nanometer (Millionstel Meter) großen Molekülen Zutritt erlauben - größer als die meisten Zellproteine und ausreichend weit für DNA-Stränge.

Besonders in der Krebsbekämpfung könnte diese Technik von Vorteil sein, ist Prausnitz überzeugt. So könnte ein Tumor durch gezielte Ultraschall-Bestrahlung auf die Aufnahme eines aggressiven Chemotherapeutikums vorbereitet werden. Die entarteten Zellen würden so besonders viel Wirkstoff aufnehmen, während der Rest des Körpers geschont werde.

Bis zum klinischen Einsatz der Technik gebe es allerdings noch eine Reihe von Punkten zu klären, betont der Forscher. Dazu gehöre etwa die Feinabstimmung der Schallwellen und ihre Applikation: “Wir wollen lediglich den Transport in die Zellen ermöglichen. Die Zellen sollen nicht so stark belastet werden, dass sie die Verletzung nicht wieder reparieren können.” Auch müsse man sicher sein, dass die Behandlung keine unerwünschten Langzeitfolgen habe.

Forschung: Robyn K. Schlicher und Mark R. Prausnitz, School of Chemical & Biomolecular Engineering, Georgia Institute of Technology, Atlanta; und andere; veröffentlicht in “Ultrasound in Medicine & Biology”, Vol. 32(6), pp 915-24, DOI 10.1016/j.ultrasmedbio.2006.02.1416

WWW:
Laboratory for Drug Delivery, GA Tech
Kavitation

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