q&more
Meine Merkliste
my.chemie.de  
Login  

News

Tarnkappen-Technologie für leuchtende Nanopartikel

HZDR/Sahneweiss/istockphoto.com/Thomas-Soellner/Molekuul

Nanopartikel im Blut: Die Tarnkappe verhindert das Anhaften von Blutbestandteilen. Die Oberfläche ist durch UV-Strahlung vernetzt (vergrößerter Bildausschnitt) und ist somit in biologischen Systemen stabil.

14.11.2018: Einem Forscherteam des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) ist es in Kooperation mit Wissenschaftlern der australischen Monash University gelungen, die Stabilität und Biokompatibilität spezieller Nanopartikel erheblich zu steigern. Das Team hat sogenannte Upconverting Nanoparticles – „aufwärtskonvertierende“ Partikel, die Infrarotstrahlung in kurzwelliges Licht umwandeln – so modifiziert, dass sie wasserlöslich werden, selbst in komplexen Körperflüssigkeiten wie Blutserum stabil bleiben und Medikamente speichern können. Damit haben sie ein Werkzeug geschaffen, das den Kampf gegen Krebs deutlich effektiver machen könnte.

Nanopartikel sind winzige Strukturen, die etwa 1 bis 100 Nanometer groß und damit rund 1000 bis 100.000 Mal kleiner sind als ein menschliches Haar im Querschnitt misst. Die Biomedizin nimmt diese Materialien zunehmend in den Fokus: Mit entsprechenden Eigenschaften ausgestattet, könnten sie in der Blutbahn fast jedes Gewebe im menschlichen Körper erreichen – die perfekten Körper-Sonden.

Seit einigen Jahren ist bekannt, dass die Verteilung der Nanopartikel im Körper wesentlich durch deren Größe und Oberflächeneigenschaften bestimmt wird. Letztere hat sich Dr. Tanmaya Joshi am Institut für Radiopharmazeutische Krebsforschung des HZDR bei den „Upconvertern“ genauer angeschaut: „Diese Nanopartikel sind sehr interessant für die biomedizinische Bildgebung“, erläutert der Chemiker. „Sie lassen sich mit Infrarotstrahlung anregen und senden dann intensives blaues, grünes oder rotes Licht aus. Falls es uns gelingt, derartige Nano-Sonden zielgerichtet zu erkrankten Geweben zu navigieren, ist das besonders für die Krebsdiagnose von großer Bedeutung“, fügt der Photochemiker des Teams, Dr. Massimo Sgarzi, hinzu.

Allerdings sind diese Lichtwandler-Partikel nur schlecht oder gar nicht in Wasser löslich – und damit auch nicht in Gewebeflüssigkeiten. Auch ansonsten lassen ihre Eigenschaften zu wünschen übrig, sodass an eine diagnostische oder therapeutische Verwendung bislang nicht zu denken war. Für das Team war dieses Hindernis ein Ansporn: „Mit einer speziellen Mischung von Polymeren ist es uns gelungen, die Partikel komplett zu ummanteln“, sagt Joshi, der 2017 von der Monash University als Humboldt-Stipendiat an das HZDR kam. Die Schutzhülle macht die Lichtwandler-Nanopartikel biokompatibel: „Die Upconverter werden dadurch wasserlöslich, und sie besitzen eine neutrale Oberflächenladung. Unsere Untersuchungen haben ergeben, dass sie kaum an körpereigene Substanzen in Blutserum binden. Mit anderen Worten: Die Nanopartikel scheinen unter einer Tarnkappe zu stecken. Wir gehen davon aus, dass sie dadurch auch nicht von den Fresszellen des Immunsystems erkannt und eliminiert werden“, beschreibt Biologe Dr. Kristof Zarschler.

Um die neuen Nano-Sonden auch in einer komplexen biologischen Umgebung wochenlang stabil zu halten, vernetzen die Wissenschaftler die Komponenten der Schutzhülle photochemisch miteinander: „Wir haben unsere Nanopartikel ganz einfach mit UV-Licht bestrahlt. Dadurch bilden sich zusätzliche Bindungen zwischen den Bausteinen der Hülle aus – wir haben sozusagen die Einzelteile der Tarnkappe mithilfe von Licht miteinander vernäht“, erklärt Doktorandin Anne Nsubuga: „Unter dieser Hülle, die nur wenige Nanometer dünn ist, kann man womöglich sogar weitere Substanzen verstecken, Krebsmedikamente beispielsweise. Sie könnten von den Nanopartikeln gezielt in einem Tumor freigesetzt werden und ihn dann zerstören.“

In einem nächsten Schritt will das Team herausfinden, ob sich ihre aktuellen Ergebnisse auch in lebenden Organismen bestätigen lassen: „Dazu müssen wir zunächst streng reglementierte und ethisch vertretbare Tierversuche durchführen. Wenn die Tarnkappen-Technologie auch dort funktioniert, widmen wir uns dem medizinischen Potenzial im Detail und fassen auch Anwendungen am Patienten ins Auge“, erläutert Gruppenleiter Dr. Holger Stephan.

Originalveröffentlichung:
Anne Nsubuga, Dr. Kristof Zarschler, Dr. Massimo Sgarzi, A/Prof. Bim Graham, Dr. Holger Stephan, Dr. Tanmaya Joshi; "Towards Utilising Photocrosslinking of Polydiacetylenes for the Preparation of “Stealth” Upconverting Nanoparticles"; Angew. Chem. Int. Ed.; 2018

Fakten, Hintergründe, Dossiers

  • UV-Licht
  • Gewebe
  • Nebenwirkungen
  • Helmholtz
  • Krebsmedikamente
  • Blutkreislauf
  • Serum
  • Bioimaging
  • Biokompatibilität

Mehr über HZDR

  • News

    Bio-Angeln für Seltene Erden

    Ohne wichtige Schlüssel-Elemente, wie Kupfer oder die Metalle der Seltenen Erden, funktioniert weder die moderne Elektronik noch fließt elektrischer Strom. Ausgediente Energiesparlampen, Handys, Computer und Schrotte könnten eine wichtige Quelle für diese Rohstoffe sein, allerdings lassen s ... mehr

    Smarte Sensoren steuern Industrieprozesse von morgen

    Moderne hochparallele Rechnerarchitekturen sind heute in der Lage, riesige Datenmengen in hoher Geschwindigkeit zu verarbeiten. Damit können bildgebende Verfahren zunehmend die Rolle von Sensoren übernehmen, mit denen sich Maschinen und Industrieanlagen steuern lassen. In dem europäischen V ... mehr

    Computer aus Erbgut?

    Winziger als ein AIDS-Virus – das ist der Umfang des derzeit kleinsten Transistors. Bis auf 14 Nanometer hat die Industrie die zentralen Elemente ihrer Computerchips in den letzten 60 Jahren schrumpfen lassen. Doch die konventionellen Methoden stoßen an physikalische Grenzen. Weltweit suche ... mehr

q&more – die Networking-Plattform für exzellente Qualität in Labor und Prozess

q&more verfolgt den Anspruch, aktuelle Forschung und innovative Lösungen sichtbar zu machen und den Wissensaustausch zu unterstützen. Im Fokus des breiten Themenspektrums stehen höchste Qualitätsansprüche in einem hochinnovativen Branchenumfeld. Als moderne Wissensplattform bietet q&more den Akteuren im Markt einzigartige Networking-Möglichkeiten. International renommierte Autoren repräsentieren den aktuellen Wissenstand. Die Originalbeiträge werden attraktiv in einem anspruchsvollen Umfeld präsentiert und deutsch und englisch publiziert. Die Inhalte zeigen neue Konzepte und unkonventionelle Lösungsansätze auf.

> mehr zu q&more

q&more wird unterstützt von:



Ihr Bowser ist nicht aktuell. Microsoft Internet Explorer 6.0 unterstützt einige Funktionen auf Chemie.DE nicht.