Tarnkappe für leuchtende Nanopartikel

Die Biomedizin nimmt Nano­partikel zunehmend in den Fokus: Mit entsprechenden Eigen­schaften ausgestattet, könnten sie in der Blutbahn fast jedes Gewebe im mensch­lichen Körper erreichen als 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 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 Photo­chemiker 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. 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 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 Holger Stephan.

HZDR / JOL