Forschung & Entwicklung

Polymerhülle stabilisiert leuchtende Nanopartikel

Nanopartikel, die Infrarotlicht in kurzwelliges Licht umwandeln, wurden so modifiziert, dass sie in Blutserum stabil bleiben und Medikamente speichern können. Dies könnte den Kampf gegen Krebs deutlich effektiver machen.

Die Biomedizin nimmt Nanopartikel zunehmend in den Fokus: Mit entsprechenden Eigenschaften ausgestattet, könnten sie in der Blutbahn fast jedes Gewebe im menschlichen Körper erreichen – die perfekten Körpersonden. 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 Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) bei den sogenannten ‚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 Nanosonden zielgerichtet zu erkrankten Geweben zu navigieren, ist das besonders für die Krebsdiagnose von großer Bedeutung“, fügt Dr. Massimo Sgarzi hinzu.

Allerdings sind diese Lichtwandlernanopartikel 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. Mit einer speziellen Mischung von Polymeren ist es den Forschern gelungen, die Partikel komplett zu ummanteln. Die Schutzhülle macht die Lichtwandlernanopartikel 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 Dr. Kristof Zarschler.

Um die neuen Nanosonden auch in einer komplexen biologischen Umgebung wochenlang stabil zu halten, vernetzen die Wissenschaftler die Komponenten der Schutzhülle fotochemisch miteinander. Dazu haben sie die Nanopartikel mit UV-Licht bestrahlt, wodurch sich zusätzliche Bindungen zwischen den Bausteinen der Hülle ausbilden – sie haben sozusagen die Einzelteile der Tarnkappe mithilfe von Licht miteinander vernäht. Unter dieser nur wenige Nanometer dünnen Hülle 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 zunächst streng reglementierte und ethisch vertretbare Tierversuche durchgeführt werden. Wenn die Tarnkappen-Technologie auch dort funktioniert, wollen die Wissenschaftler sich dem medizinischen Potenzial im Detail widmen und auch Anwendungen am Patienten ins Auge fassen.

von mn

Originalveröffentlichung:

[A. Nsubuga, K. Zarschler, M. Sgarzi, B. Graham, H. Stephan, T. Joshi, Towards Utilising Photocrosslinking of Polydiacetylenes (PDAs) for the Preparation of ‘Stealth’ Upconverting Nanoparticles (UCNPs), Angew. Chem. 2018, DOI: 10.1002/anie.201811003]

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