Wie funktioniert der Arzneistofftransport mit Nanopartikeln?

Zuletzt aktualisiert: Oktober 2026

Beim Wirkstofftransport mit Nanopartikeln wird ein Arzneistoff in einen Träger von etwa 1 bis 100 Nanometer Durchmesser verpackt, der aus Lipiden, Polymeren oder anorganischen Materialien besteht. Der Träger schützt empfindliche Fracht, verändert, wohin der Arzneistoff im Körper gelangt, und hilft ihm, in Zellen einzudringen. Lipid-Nanopartikel transportieren die mRNA in COVID-19-Impfstoffen, doch über veröffentlichte Tumorstudien hinweg erreichte im Median nur 0,7 % der verabreichten Dosis den Tumor.

Was gilt im Wirkstofftransport als Nanopartikel?

Nanomaterialien werden üblicherweise als Materialien mit Größen zwischen 1 und 100 Nanometern definiert⁴. Im Wirkstofftransport gliedern sich die Partikel in drei große Familien: lipidbasierte, polymere und anorganische Nanopartikel¹. Da jede Familie auf immer spezifischere Weise entwickelt wird, lassen sich Partikel gezielter für einen personalisierten Transport optimieren, die Grundlage der Präzisions-Nanomedizin¹.

Die FDA-Leitlinie beschreibt Nanomaterialien in Arzneimitteln, die als Wirkstoffe oder als inaktive Bestandteile dienen, einschließlich mit einem Wirkstoff beladener Träger⁵. Da solche Materialien einem Produkt Eigenschaften verleihen können, die sich von denen herkömmlicher Produkte unterscheiden, können sie laut FDA während der Entwicklung eine besondere Prüfung rechtfertigen⁵.

Wie bringt ein Nanopartikel einen Arzneistoff dorthin, wo er gebraucht wird?

Im Blutkreislauf hängt das Schicksal eines Partikels von Größe, Form, Ladung und Beschichtung ab¹. Viele Formulierungen setzen Polyethylenglykol (PEG) als Stealth-Beschichtung ein, die die Zirkulationszeit verlängert, indem sie die Oberfläche vor Enzymen und Antikörpern abschirmt, auch wenn sie die Erkennung durch Immunzellen nicht vollständig verhindert¹. Die Partikel verteilen sich dennoch größenabhängig auf die Organe, mit der höchsten Anreicherung oft in Leber und Milz¹.

In Tumoren können abnorme, undichte Blutgefäße Partikel aus dem Kreislauf austreten lassen, ein Phänomen, das als EPR-Effekt (enhanced permeation and retention) bezeichnet wird¹. Partikel können auch Targeting-Liganden tragen, die an Marker auf erkrankten Zellen binden, auch wenn aktives Targeting noch keine ideale Lösung ist¹.

In die richtige Zelle zu gelangen, ist nur die halbe Aufgabe; danach muss die Fracht entkommen. Ionisierbare Lipide in LNPs sind bei physiologischem pH-Wert neutral, werden aber im sauren Endosom positiv geladen, was dessen Membran destabilisieren und die Fracht in die Zelle freisetzen kann². Bei oraler Gabe ist der Darm eine schwierigere Barriere: Enterozyten nehmen bevorzugt Partikel von 20 bis 100 Nanometern auf und M-Zellen Partikel von 100 bis 500 Nanometern, und die passive Diffusion durch die Darmwand bleibt begrenzt¹.

Was ist der Unterschied zwischen einem Liposom und einem Nanopartikel?

Ein Liposom ist eine Art von Nanopartikel. Liposomen sind Phospholipid-Vesikel mit einer oder mehreren konzentrischen Lipid-Doppelschichten, die einen wässrigen Kern umschließen, sodass sie wasserliebende Arzneistoffe im Inneren und fettliebende Arzneistoffe in der Doppelschicht tragen können³. Sie bilden die größte Untergruppe der lipidbasierten Nanopartikel, und lipidbasierte Partikel sind die häufigste Klasse der von der FDA zugelassenen Nanomedikamente¹.

Lipid-Nanopartikel, die für Nukleinsäuren verwendeten Träger, ähneln Liposomen, unterscheiden sich aber vor allem dadurch, dass sie im Partikelkern mizellare Strukturen bilden¹. In LNP- und mRNA-Formulierungen, die durch schnelles Mischen hergestellt werden, wird die mRNA in diesem inneren Kern durch elektrostatische Wechselwirkungen mit den Lipiden gehalten².

Die Größenbereiche überschneiden sich. Liposomen haben meist einen Durchmesser von 50 bis 450 Nanometern, sodass viele größer sind als der Bereich von 1 bis 100 Nanometern, mit dem Nanomaterialien oft definiert werden⁴.

Welche Nanopartikel-Arzneimittel sind bereits zugelassen?

Von der FDA zugelassene Nanomedikamente reichen bis in die frühen 1990er-Jahre zurück: Das Eisenpräparat INFeD wurde 1992 zugelassen und das liposomale Präparat Doxil 1995, und zugelassene Nanomedikamente umfassen heute lipidbasierte, polymerbasierte und anorganische Produkte, die unter anderem bei Krebs, Pilzinfektionen, Eisenmangel und Multipler Sklerose eingesetzt werden¹.

Lipid-Nanopartikel kamen mit Nukleinsäuren in der breiten Anwendung an. Onpattro (Patisiran), ein Lipid-Nanopartikel mit siRNA, war das erste von der FDA zugelassene siRNA-Arzneimittel, und sein ionisierbares Lipid DLin-MC3-DMA ist ein Schlüsselbestandteil². Zwei COVID-19-Impfstoffe, mRNA-1273 und BNT162b, nutzen Lipid-Nanopartikel, um Antigen-mRNA zu transportieren, mit SM-102 beziehungsweise ALC-0315 als ionisierbarem Lipid².

Eine Zulassung bedeutete nicht immer einen großen klinischen Nutzen. Von den zugelassenen Nanomedikamenten werden nur wenige als Erstlinientherapie empfohlen, und viele verbessern die Ergebnisse nur bei einer kleinen Untergruppe von Patienten¹.

Warum erreichen so wenige Nanopartikel ihr Ziel?

Eine Auswertung der Literatur aus zehn Jahren ergab, dass im Median nur 0,7 % der verabreichten Nanopartikeldosis einen soliden Tumor erreicht⁶. Diese Analyse umfasste 232 Datensätze, und ihr Ergebnis relativierte die Rolle des EPR-Effekts deutlich¹. Die Autoren der Auswertung verweisen auf konkurrierende Organe, das mononukleäre Phagozytensystem und das renale System, sowie auf die Tumorbiologie⁶.

Weitere Barrieren verschärfen das Problem. Der EPR-Effekt variiert mit Patientenfaktoren wie Alter, Genetik, Lebensstil und Vorbehandlung¹. Antikörper gegen PEG, die nach früherer Exposition gebildet wurden, können die Stealth-Beschichtung aufheben und die Ausscheidung fördern¹. LNP-Systeme können durch eine geringe Wirkstoffbeladung und eine hohe Aufnahme durch Leber und Milz begrenzt sein¹.

Die Übersichtsarbeit von 2021 kommt zu dem Schluss, dass weiterhin intelligentere Partikeldesigns nötig sind, um den Transport der Fracht zu verbessern, und dass der Tumor und das Gefäßsystem des jeweiligen Patienten die Wahl der Plattform bestimmen sollten¹.