In Notfallsituationen, die durch eine Thrombose verursacht werden, muss das Gerinnsel innerhalb einer sehr kurzen Zeitspanne – etwa 3 bis 4,5 Stunden – zerstört werden. Danach stirbt das Gewebe ohne Blutzufuhr ab. Aber selbst wenn der Patient das Glück hatte, sich einer Thrombolyse zu unterziehen, kann es zu zahlreichen Komplikationen kommen, die durch das Thrombolytikum verursacht werden – ein spezielles Enzym, das intravenös injiziert wird, um Blutgerinnsel aufzulösen. In den Industrieländern wird die Thrombolyse im Durchschnitt in 15 % der Fälle wirksam durchgeführt. In Ländern wie Russland ist die Zahl viel niedriger: Von hundert Menschen, die ins Krankenhaus gebracht werden, können nur zwei von dem Verfahren profitieren. In den anderen Fällen droht dem Patienten eine Behinderung oder der Tod.
Die Herausforderung besteht darin, dass die Thrombolytika nicht auf das Gerinnsel abzielen, sondern sich im gesamten Kreislaufsystem ausbreiten. Der Organismus beginnt, ein fremdes Enzym zu blockieren, so dass seine Aktivität schnell nachlässt. Daher werden die Medikamente in Knock-out-Dosen injiziert, in der Hoffnung, dass wenigstens ein kleiner Teil rechtzeitig das Blutgerinnsel erreicht. „Jetzt benutzen wir einen Vorschlaghammer, um eine Nuss zu knacken“, sagt Ivan Dudanov, Leiter des regionalen kardiovaskulären Zentrums des Mariinsky-Krankenhauses. „Während Thrombolytika ein kleines Blutgerinnsel auflösen, das ein Gefäß mit einem Durchmesser von nur 1-2 mm verstopft, beeinträchtigen sie das gesamte Gefäßnetz. Um diese Situation zu ändern, haben wir beschlossen, eine Methode zur gezielten Medikamentenabgabe zu entwickeln, die es uns ermöglicht, die Dosierung erheblich zu reduzieren und sicherzustellen, dass sich die gesamte therapeutische Wirkung auf das Gerinnsel konzentriert.“
Die Wissenschaftler haben ein Kompositmaterial hergestellt, das thrombolytische Enzyme auf sichere und gezielte Weise abgeben kann. Das neue Material besteht aus einem porösen Magnetitgerüst und Molekülen von Urokinase – einem Enzym, das in der Medizin häufig als thrombolytisches Mittel eingesetzt wird. Das Komposit kann zur Herstellung thrombolytischer Beschichtungen für künstliche Blutgefäße und stabiler injizierbarer Lösungen aus nanogroßen Partikeln verwendet werden, die mit Hilfe eines externen Magnetfeldes leicht in der Nähe des Gerinnsels lokalisiert werden können.
Wichtig ist, dass das Magnetitgerüst die Enzyme auch vor verschiedenen Hemmstoffen schützt, die im Blut vorhanden sind und thrombolytische Medikamente deaktivieren können. Andrey Drozdov, Erstautor der Studie und Forscher am Laboratory of Solution Chemistry of Advanced Materials and Technologies, merkt an: „Normalerweise wird das Enzym in eine Polymermatrix eingebracht, um eine verlängerte Wirkung für solche Medikamente zu erzielen. Das Enzym wird dann allmählich aus der Matrix freigesetzt und verliert schließlich jegliche Aktivität. Wir hingegen haben experimentell nachgewiesen, dass Enzyme, die mit unserem Ansatz geschützt wurden, ihre therapeutischen Eigenschaften über längere Zeiträume und sogar nach wiederholter Anwendung nicht verlieren. Die Geschwindigkeit, mit der das neue Medikament das Gerinnsel auflösen kann, übertrifft ungeschützte Enzyme um etwa das 4000-fache.“
Das Material ist für den Menschen potenziell sicher, da es aus Komponenten besteht, die bereits für die intravenöse Injektion zugelassen sind. Laut Professor Dudanov könnten künftige Medikamente, die auf dem neuen Verbundstoff basieren, nicht nur zur Behandlung von Thrombosen, sondern auch zu deren Vorbeugung eingesetzt werden. Das Enzym, das bereits in geringen Mengen im Blut zirkuliert, kann die Gefäße sanft reinigen und bleibt sehr lange aktiv, bis es wie ein gewöhnlicher Metabolit auf natürlichem Wege über die Leber ausgeschieden wird.
Diese Arbeit ist eine logische Fortsetzung früherer Studien, die sich mit dem Einschluss des Enzyms in die Sol-Gel-Magnetit-Matrix und der Herstellung magnetisch kontrollierter bioaktiver Systeme befassten.
„In dieser Phase unseres Projekts haben wir gezeigt, wie das von uns entwickelte Konzept für spezifischere Objekte funktioniert. Wir haben ein thrombolytisches Kolloid hergestellt und seine Wirkung auf ein künstliches Blutgerinnsel, das aus menschlichem Plasma und Blut gewonnen wurde, sowie auf einen Thrombus, der aus einem Patienten entnommen wurde, getestet. Die Ergebnisse könnten es uns bald ermöglichen, das neue thrombolytische System an Säugetieren zu erproben. Jetzt bereiten wir uns auf präklinische Studien vor“, fasst Vladimir Vinogradov, Leiter des Labors für Lösungschemie fortgeschrittener Materialien und Technologien, zusammen.