Nanomedizin
Zukunftsmarkt im Fokus
Die Nanotechnologie wird als Querschnittstechnologie immer weiter in die Medizin vordringen und Diagnose- und Therapieverfahren revolutionieren. Das Spektrum reicht von der präventiven Intervention, über neue Techniken zur Früherkennung von Krankheiten (In vivo- und In vitro-Diagnostik) bis hin zu neuen Therapieverfahren, beispielsweise Drug-Delivery-Systemen, die einen zielgenauen und damit wirksameren und verträglicheren Einsatz von Medikamenten ermöglichen. Auch im Bereich der Medizintechnik, etwa bei Wundauflagen, OP-Instrumenten oder Implantaten ist die Nanotechnologie ein entscheidender Innovationstreiber.
Die Europäische Kommission fördert Projekte der Nanomedizin mit 100 Millionen Euro pro Jahr
Unter dem Siebten Forschungsrahmenprogramm hat die Europäische Kommission vorgesehen, Projekte der Nanomedizin im Zeitraum 2007 bis 2013 jährlich mit rund 100 Millionen Euro zu fördern. Neben der Grundlagenforschung und Produktentwicklung sind dabei auch soziale, wirtschaftliche, politische und ethische Belange von Bedeutung, um Risiken zu klären und sicherzustellen, dass die Nanomedizin in einer ethischen und demokratischen Maßstäben folgenden Weise genutzt wird. (EurActic, 2010)
Nanosensoren ermöglichen Krebs-Schnelltest
Wissenschaftler der Yale-University haben einen Nanosensor entwickelt, der Biomarker für Krebs-Moleküle auch in sehr geringer Konzentration erkennen kann. Tumore können damit wesentlich früher nachgewiesen werden. Das Gerät arbeitet wie ein Filter. Die Biomarker für Krebs werden eingefangen und an einen Mikrochip gebunden, während die übrigen Bestandteile des Bluts weggeschwemmt werden. Die Analyse erfolgt innerhalb weniger Minuten. In Zukunft sollen mit den tragbaren Nanodetektoren Krebs-Schnelltests in Arztpraxen durchgeführt werden. (Spiegel Online, 2009)
Schonende Tumorbehandlung mit magnetischen Nano-Partikeln
Die Berliner "MagForce Nanotechnologies AG" hat ein Verfahren entwickelt, das schon bald die Krebstherapie revolutionieren könnte. Die Nano-Krebs®-Therapie ist eine neue minimal-invasive Methode zur lokalen Behandlung von Tumoren. Zunächst wird eine Flüssigkeit mit Nano-Eisenpartikeln in den Tumor gespritzt. Dann wird der Patient einem magnetischen Wechselfeld ausgesetzt, das die Eisenpartikel zum Rotieren bringt und sie so lange erwärmt, bis die Krebszellen an den Folgen der Überhitzung sterben. Die Zelltrümmer werden anschließend vom Körper auf natürlichem Wege abgebaut. (tagesspiegel.de, 2009)
Wegwerfstreifen ersetzen aufwändige Hormon-Labortests
Der von dem kalifornischen Start-up Aneeve entwickelte Schnelltest funktioniert ähnlich wie ein Blutzucker-Messstreifen und soll in Zukunft Diagnose und Therapie hormoneller Störungen erleichtern. Ein Blutstropfen genügt: Nanosensoren, die sich mit Tintenstrahldruckern und einer Tinte aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen extrem kostengünstig auf die Wegwerfstreifen drucken lassen, messen die Hormonwerte und übermitteln die Ergebnisse per Funk zu einem Auswertungsgerät. Aneeve will 2012 einen ersten Prototyp vorstellen. Langfristig plant das Unternehmen, die Geräte so weit zu miniaturisieren, dass sie sich beispielsweise in ein Smartphone integrieren lassen. (Gravitz, 2010)
Nano-Blutplättchen optimieren den Gerinnungsprozess
Traumatische Verletzungen sind Todesursache Nummer eins bei Menschen zwischen vier und 44 Jahren. US-Forscher an der Case Western Reserve University in Cleveland haben synthetische Blutplättchen aus biologisch abbaubaren Kunststoffen entwickelt, die den Gerinnungsprozess bei inneren Blutungen, etwa infolge von Verkehrsunfällen oder Schussverletzungen, optimieren sollen. Die Nano-Plättchen werden im Bedarfsfall gespritzt und verbinden sich an der Verletzungsstelle mit den körpereigenen Blutplättchen. (Zeit Online, 2009)
Nanoprodukte in der Medizin erreichen in Deutschland bis 2020 einen Anteil von 15 Prozent
Gegenwärtig liegt der Anteil von Nanoprodukten in der Medizin bei etwa zwei Prozent. In zehn Jahren werden bereits 15 Prozent aller Medikamente und medizinischen Geräte in Deutschland Nanopartikel enthalten. (Löffler, 2009)
Der US-Markt für medizinische Nano-Materialien und -Implantate erreicht 2021 ein Volumen von 39 Milliarden US-Dollar
Der US-Markt für nanotechnologisch geprägte medizinische Materialien und Implantate wird von 430 Millionen US-Dollar in 2006 auf 39 Milliarden US-Dollar in 2021 wachsen. Dies entspricht einem Zuwachs des Anteils am gesamten Markt für Medizinprodukte von 0,4 Prozent in 2006 auf 18 Prozent in 2021. (Ernst & Young, 2008)
Nanomaterialien werden die Medizintechnik revolutionieren
Nanostrukturierte Oberflächen werden das Verhalten von Kurz- und Langzeitimplantaten im Körper optimieren. Verbesserte mechanische Eigenschaften, geringerer Verschleiß und eine höhere Bioverträglichkeit gehören zu den Vorteilen funktionaler Nanomaterialien und –strukturen. Während sich die Funktionalisierung von Implantatoberflächen mittels Kohlenstoffnanoröhren (CNTs) noch in der Grundlagenforschung befindet, existieren heute bereits Produkte mit Calciumphosphat-Nanoschichten, die das Anwachsverhalten von Knochenersatzteilen verbessern, oder antimikrobiellen Nanosilber-Beschichtungen. Polymer-Nanofasern werden in Zukunft als Gerüstwerkstoffe für das Züchten von Gewebe (Tissue Engineering) dienen. (Elsner et al., 2009)
Nano-Diagnosesysteme ermöglichen schnelle und kostengünstige Untersuchungen
Diagnosegeräte im Lab-on-a-Chip-Format werden in Zukunft standortunabhängig schnellere und kostengünstigere Untersuchungen als bisherige Labortests ermöglichen. Geringste Mengen von Körperflüssigkeiten reichen aus, um mehrere Analyseschritte durchzuführen. Die Proben werden über nanoskalige Pumpsysteme zu den verschiedenen Zonen des Chips geleitet. Fluoreszenz-Detektoren zeigen sofort die Ergebnisse an.
Die Einsatzmöglichkeiten solcher Nano-Diagnosesysteme sind vielfältig. In Krankenhäusern und Arztpraxen können auftgrund der verkürzten Testdauer schneller Entscheidungen über geeignete Therapievefahren getroffen werden. Im häuslichen Umfeld ermöglichen die Geräte ein permanentes Monitoring, etwa von Blutwerten. In Ländern mit schlechter Gesundheitsversorgung könnten die mobilen Diagnoseeinheiten einen großen Entwicklungsschub bringen. (Grobe, 2008)
Der US-Markt für Nano-Diagnostika erreicht 2021 ein Volumen von zehn Milliarden US-Dollar
Der US-Markt für nanotechnologisch geprägte Diagnostika wächst von 1,9 Milliarden US-Dollar in 2006 auf zehn Milliarden US-Dollar in 2021. Dies entspricht einem Zuwachs des Anteils am Gesamtmarkt für Diagnostika und Analytische Instrumente von fünf Prozent in 2006 auf 13 Prozent in 2021. (Ernst & Young, 2008)
Nano-Kontrastmittel werden Zellaktivitäten in Echtzeit sichtbar machen
Der Einsatz von Nanomaterialien bei den bildgebenden Verfahren wird es in Zukunft ermöglichen, Zellaktivitäten in Echtzeit sichtbar zu machen. Nano-Transportsysteme können Kontrastmittel gezielt in Zellen einschleusen. Mit einer geringeren Menge Kontrastmittel können so hochauflösendere, dreidimensionale Bilder erzeugt werden. Nano Imaging wird einen wichtigen Beitrag zum Verständnis von Zellprozessen und Zell-Zell-Interaktionen leisten. Krebserkrankungen können mit dem Verfahren in Zukunft wesentlich früher diagnostiziert werden. (Grobe, 2008)
Mikrokapseln werden Medikamente zielgenau und zeitgesteuert im Körper freisetzen
In einigen Jahren könnten mikroskopisch kleine Kapseln Medikamente direkt in Zellen liefern und dort auf Befehl freisetzen. Forscher der Queen Mary University in London haben ein entsprechendes Verfahren erfolgreich an lebendem Gewebe getestet. Die winzigen Transporter lassen sich per "Elektroporation" in die Zellen befördern. Dabei machen elektrische Impulse die Zellmembranen kurzzeitig durchlässig. Anschließend wird mit einem Infrarotlaserstrahl die Struktur der Kapseln so verändert, dass der Wirkstoff freigesetzt wird. In Zukunft könnten die Kapseln auch zum Transport von Erbgutsträngen in lebende Zellen genutzt werden und so neuartige Gentherapien ermöglichen. (Focus Online, 2009)
Mit Nanohohlkugeln lassen sich in Zukunft RNA-Abschnitte gezielt in Tumorgewebe transportieren
Ein neuer Ansatz in der Krebsmedizin kombiniert das sogenannte "drug targeting" mit der RNA-basierten Krebstherapie. Forscher am California Institute of Technology haben ein Verfahren entwickelt, bei dem 70 Nanometer große Nanohohlkugeln aus Polymeren RNA-Moleküle gezielt in Tumorzellen transportieren. Die RNA-Transporter sind mit Marker-Molekülen umhüllt, die nur an der Oberfläche von Krebszellen andocken können. Ribonukleinsäure ist in Zellen für die Übermittlung von genetischen Informationen verantwortlich. Die eingeschleusten RNA-Moleküle deaktivieren in der Krebszelle ein bestimmtes Zielgen, das im Verdacht steht, bei vielen Krebsarten heraufreguliert zu werden. Erste Tests werden derzeit an Hautkrebspatienten durchgeführt. (Katnelson, 2010)
Der US-Markt für Nano-Drug-Delivery-Systeme wird bis 2021 um durchschnittlich 17 Prozent pro Jahr wachsen
Der US-Markt für nanotechnologisch geprägte Drug-Delivery-Systeme wird von 6,3 Milliarden US-Dollar in 2006 auf 69,6 Milliarden US-Dollar in 2021 wachsen. Der Anteil an allen Pharmazeutika erhöht sich im gleichen Zeitraum von zwei auf neun Prozent. (Ernst & Young, 2008)
2030: Nanotechnologie ermöglicht ewiges Leben
Ray Kurzweil, einer der führenden Wissenschaftler im Bereich der künstlichen Intelligenz, prognostiziert, dass bereits in zwei Jahrzehnten mit nanotechnologischen Verfahren ein ewiges, zumindest aber ein deutlich längeres Leben möglich sein wird. Die genetische "Software" des menschlichen Körpers wird dazu einfach umprogrammiert. Nanobots können zudem Operationen im Körperinneren durchführen, beispielsweise Tumorzellen zerstören, und werden irgendwann sogar Blutzellen ersetzen. (Willis, 2009)
Copolymer-Mizellen werden die Regeneration beschädigter Nervenzellen ermöglichen
Copolymer-Mizellen wurden bislang experimentell als Nano-Container verwendet, um Medikamente in bestimmte Körperregionen zu transportieren. Wissenschaftler der Purdue University in West Lafayette, Indiana, haben nun bei Laborversuchen nachgewiesen, dass die Container selbst eine heilende Wirkung haben, indem sie die Regeneration beschädigter Nervenzellen steigern. Ratten mit schweren Rückenmarksverletzungen konnten nach einer Infusion mit den Mizellen wieder laufen. Die Copolymer-Mizellen bestehen aus Polyethylenglykol (PEG), das bereits bei der Behandlung von Rückenmarksverletzungen als Kittsubstanz für verletzte Nervenverbindungen eingesetzt wird. Die Nanopartikel sind allerdings selbst in einer wesentlich geringeren Konzentration um ein Vielfaches wirksamer als herkömmliches PEG, da sie so klein sind, dass sie nicht von Leber und Nieren herausgefiltert werden können. Menschen mit Rückenmarksverletzungen könnten durch eine Behandlung mit Copolymer-Mizellen in Zukunft ihre Beweglichkeit wiedererlangen. (Focus Online, 2009)