Quantenpunkte für kontrastreiche Tumoraufnahmen

Fluoreszierende Partikel können schon heute das Aufspüren von Krebsgeschwüren im Körper erleichtern. Doch liefern die Aufnahmen wegen starker Autofluoreszenz des umgebenden Gewebes bisher nur relativ konstrastarme Bilder. Eine höhere Qualität versprechen sich amerikanische Wissenschaftler von der Stanford Unversity von Quantenpunkten, die im nahen Infrarotbereich emittieren. Im Tierversuch konnten sie nun die Funktionsweise ihrer neuen Methode belegen.

„Die Nanopartikel können selbstständig lumineszieren ohne von einer weiteren Lichtquelle angeregt zu werden“, sagt Jianghong Rao vom Molecular Imaging Program an der Stanford University. Zusammen mit seinen Kollegen erreichte er dieses für das Erkennen von Tumoren wichtige Ziel mit einer geschickten Materialkombination. So bestehen die etwa dreißig Nanometer kleinen Quantenpunkte aus einem halbleitenden Polymer, das optisch angeregt Lichtwellen im nahen Infrarotbereich aussenden kann. Für die Anregung dieser Lichtemission ergänzten die Forscher das Protein R. reniformis luciferase, das in einem Körper oder einer Laborschale blaues Licht mit etwa 480 Nanometer Wellenlänge aussenden kann. Beide Substanzen zusammen ergaben die Nanoteilchen, die ohne äußere Anregung infrarote Lichtwellen aussenden konnten.

Diese eigentlich hydrophoben Partikel umhüllten Rao und Kollegen darauf mit einer biokompatiblen Schicht, damit sie sich in einer wässrigen Flüssigkeit verteilen konnten. Weitere chemische Gruppen sorgten dafür, dass die Partikel nach einer Injektion in den Körper sich bevorzugt an winzige Tumoren andocken oder in befallenden Lymphknoten anreichern konnten. Im Tierversuch mit lebenden, krebskranken Mäusen ließ sich das schwache Infrarotleuchten der Partikel mit empfindlichen Infrarotdetektoren von außen beobachten und aufzeichnen. Die Bilder waren dabei mit einem Verhältnis von 100 zu 1 so kontrastreich, dass selbst Millimeter kleine Krebsgeschwüre in scharfen Konturen erkennbar waren.

Emissionen im nahen Infraroten zeigten so deutliche Vorteile gegenüber bildgebenden Verfahren, die auf fluoreszierenden Nanopartikeln beruhen. In weiteren Schritten gilt es nun, die Verträglichkeit der neuen, leuchtenden Nanopartikel zu überprüfen. Ohne giftige Schwermetalle, die bisher für infrarot leuchtende Quantenpunkte verwendet wurden, kommen sie dabei heute schon aus. Doch bis zu einer möglichen klinischen Anwendung bei Patienten ist mit einigen weiteren Entwicklungsjahren zu rechnen. Das Anwendungspotenzial wäre allerdings hoch. Denn je kleiner ein Krebsgeschwür ist, desto schwerer kann es bisher entdeckt werden. So könnte diese Methode in Zukunft zu deutlich früheren Operationen und Krebstherapien führen und damit die Überlebensrate von Patienten verlängern.

Jan Oliver Löfken

OD