Nanopartikel für die Medizin

Wissenschaftler der Universität Jena beteiligen sich jetzt bei der Entwicklung fluoreszierender Nanopartikel an dem europäischen Netzwerk NASCENT (Nanomaterialien für den Einsatz in Sensoren, Katalysatoren und neuen Technologien). Ziel ist die Entwicklung von fluoreszierenden Nanopartikeln, mit denen lebende Zellen untersucht und analysiert werden können, sagt der Jenaer Projektleiter PD Dr. Gerhard Mohr. Schwerpunkt des Netzwerkes, an dem sich acht europäische Forschungseinrichtungen und drei Partner aus der Industrie beteiligen, ist darüber hinaus die Ausbildung von Studenten und Graduierten.

So lernen Studenten aus Portugal, Polen, Deutschland und Frankreich in Jena die Entwicklung neuer Sensor-Nanopartikel und damit Verfahrenstechniken, die heute in der Industrie von hoher Relevanz sind. Außerdem wird die Laufbahn der Studenten mit Hilfe eines persönlich angepassten Karriereplanes (Carrer Development Plan) begleitet.

„Wir wollen nicht nur faszinierende Materialien entwickeln, die in der Krebsforschung eingesetzt werden können“, sagt Dr. Mohr. „Ein weiteres Ziel ist, hochqualifizierte Wissenschaftler international vernetzt auszubilden, so wie es in den Exzellenzclustern und Graduiertenschulen der Deutschen Forschungsgemeinschaft geplant ist“, erläutert der Physikochemiker. Für NASCENT stellt die Europäische Union in den kommenden vier Jahren insgesamt knapp 2,72 Millionen Euro zur Verfügung, von denen die Friedrich-Schiller-Universität 264.000 Euro erhält. Damit können die Doktoranden und Postdocs zeitlich versetzt an den beteiligten wissenschaftlichen Einrichtungen lernen und sich die dort jeweils vorhandenen Exzellenzen aneignen. Durch die Arbeit bei den Industriepartnern haben sie zudem die Möglichkeit, sich mit der Anwendung der Forschungsergebnisse in der industriellen Fertigung bis hin zu patentrechtlichen Fragen zu befassen. Beteiligt sind neben der Universität Jena Hochschulen aus Großbritannien, Frankreich, Italien, Polen, Spanien, Israel und Ungarn sowie die Unternehmen Kodak, PolyIntell aus Frankreich und das Erfurter Institut für Mikrosensorik (CiS).

Mit fluoreszierenden Nanopartikeln kann man lebende Zellen untersuchen und zum Beispiel Glucosekonzentration, pH-Wert und Sauerstoffgehalt feststellen, erklärt Dr. Mohr. Das sei wichtig, wenn man neue Medikamente entwickeln oder biologische Prozesse in der Zelle untersuchen möchte. Für die Analyse von Substanzen setzen Wissenschaftler schon seit langem Farbstoffe zur Markierung ein. Soll jedoch untersucht werden, ob bestimmte Substanzen in Zellen oder Gewebe vorkommen und wie sie sich dort verhalten, genügen die herkömmlichen Farbstoffe nicht mehr. Sie reagieren zu stark mit Bestandteilen der Zellen oder reichern sich dort an.

Um das zu vermeiden, werden die Indikatorfarbstoffe in Nanopartikel eingebettet und polymerisiert. Die Größe der Nanopartikel richtet sich dabei nach dem Verwendungszweck. Für Gewebe sind sie zwischen 300 und 600 Nanometer groß, für die Injektion in lebende Zellen nur zwischen 40 und 300 Nanometer. „40 Nanometer sind im Vergleich zu einem Meter so klein, wie ein Fußball neben der Erde“, verdeutlicht Dr. Mohr. Zudem wird angestrebt, verschiedene Farbstoffe in einem Nanopartikel unterzubringen. Damit könnten in einem Durchgang unterschiedliche Substanzen und ihr Verhalten in der Zelle oder im Gewebe untersucht werden.

Die Nanopartikel sollen dabei nicht etwa einem Menschen oder Tier injiziert werden, betont Dr. Mohr. Vielmehr gehe es um die Analyse in der medizinischen Forschung oder in der Pharmakologie, wo zum Beispiel die Wirkung eines Medikaments in einzelnen Zellen untersucht wird. So könnte analysiert werden, wie der Wirkstoff in die Zelle hineinkommt, sich anreichert und wieder abbaut, in welcher Konzentration er in der Zelle vorliegt oder ob er überhaupt eine Reaktion verursacht. Auf diese Weise lassen sich die in den Zellen ablaufenden Prozesse besser und schneller analysieren. Denkbar wäre auch, so der Forscher von der Universität Jena, Sensoren zu entwickeln, die mit Hilfe der Nanopartikel bei der Lebensmittelkontrolle oder bei der Erkennung von Kampfstoffen eingesetzt werden.

Kontakt:
PD Dr. Gerhard Mohr
Institut für Physikalische Chemie der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Lessingstraße 10, 07743 Jena
Tel.: 03641/948368
E-Mail: gerhard.mohr[at]uni-jena.de