Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kleine Unterschiede mit großer Wirkung – Wenn Nanopartikel auf lebende Systeme treffen

08.09.2011
Wissenschaftler der Universitätsmedizin Mainz führen systematische Untersuchungen zur Bindung von Eiweißstoffen an Nanopartikel durch

Unter der Federführung von Univ.-Prof. Dr. Roland Stauber von der Mainzer Universitäts-HNO-Klinik konnte ein Team von Wissenschaftlern zeigen, dass die Ausbildung von Eiweißhüllen bei Nanopartikeln bereits durch winzigste Größenunterschiede beeinflusst wird. Damit sind Nanoteilchen gleichen Materials, aber unterschiedlicher Größe in der Lage sich mit einem spezifischen Mantel an körpereigenen Eiweißen zu umhüllen. Dieser entscheidet letztendlich mit, wie lange sich die Nanopartikel im Körper aufhalten und welche Reaktionen sie auslösen.

Die Ergebnisse der bei Bluteiweißen durchgeführten Studie sind kürzlich in der Fachzeitschrift „American Chemical Society - Nano“ (Tenzer et al., 2011) erschienen.

Die Innovationskraft der Nanotechnologie gilt nicht umsonst als Wachstumsmarkt der Zukunft. Bereits heute zeigt das breite Anwendungsspektrum von Nanomaterialien Auswirkungen in nahezu allen Lebensbereichen. Neben rein technischen Anwendungen beinhaltet dies auch zunehmend deren biomedizinischen Einsatz. Doch die Nutzung der immensen Potenziale erfordert einen verantwortungsvollen Umgang mit der Materie. Denn wie der menschliche Körper auf die „Winzlinge aus der Nano-Welt“ reagiert und welche Eigenschaften der Nanomaterialien diese Reaktion beeinflussen sind bislang noch nicht hinreichend bekannt.

Fest steht, dass sich aus der Umwelt aufgenommene oder für medizinische Zwecke bewusst in den Körper eingebrachte Nanomaterialien beim Kontakt mit Organen wie Lunge und Magen-Darm oder dem Blutsystem schlagartig verändern: So gibt es eine Vielzahl verschiedener „Biomoleküle”, zu welchen neben Eiweißstoffen auch verschiedene Fette und Zucker zählen, die rasch an die Oberfläche der Nanomaterialien binden. Damit präsentiert sich das Nanoteilchen dem Körper in einem völlig neuen „Kleid“, welches mitbestimmt, wie schnell die Nanomaterialien vom Körper ausgeschieden werden und welche Nebenwirkungen sie möglicherweise auslösen. Welche Biomoleküle an Nanopartikel binden und wie die von ihnen ausgebildete so genannte „Corona“ von den physikalisch-chemischen Eigenschaften der Nanomaterialien wie Größe, Material oder Oberflächenbeschaffenheit beeinflusst wird, ist jedoch noch unverstanden.

Genau mit dieser Frage haben sich die Mainzer Forscher gemeinsam mit ihren Kooperationspartnern in ihrer Studie beschäftigt, in der Silika-Nanopartikel mit einem Durchmesser von 20, 30 und 100 Nanometern untersucht wurden. „Während man bisher glaubte, dass nur einige Dutzend verschiedene Bluteiweiße an Nanopartikel binden, so konnten wir weit über hundert verschiedene Vertreter quantitativ nachweisen. Dabei stellten wir fest, dass sich bestimmte Blutplasma-Eiweiße an den Nanopartikeln stark anreichern“, fasst Prof. Stauber die Ergebnisse zusammen. „Überraschend war für uns zudem die Erkenntnis, dass bereits Größenunterschiede von nur 10 Nanometern genügen, um die Eiweiß-Signaturen unterschiedlich zu gestalten.“

Die Resultate der Studie werfen nicht nur eine Reihe neuer Fragen auf, sondern eröffnen auch neue Anwendungsmöglichkeiten. Beispielsweise können sie zur Risikobewertung nanopartikulärer Stoffe für Mensch und Umwelt herangezogen werden. „Wir wissen, dass viele der gebundenen Eiweiße wie beispielsweise Antikörper, Gerinnungs- oder Entzündungsfaktoren eine wichtige physiologische Rolle im gesunden Organismus, aber auch bei Erkrankungen spielen. Die Herausforderung ist nun herauszufinden, welche der gebundenen Stoffe die Antwort des Körpers auf Nanopartikel letztendlich beeinflussen und über welche „Tricks“ man bereits bei der Herstellung der Nanoteilchen bestimmte Reaktionen vermeiden oder sogar kontrolliert verstärken kann“, resümiert Prof. Stauber. „Dies ist sicherlich keine leichte Aufgabe. Momentan werden wir in diesem Bereich sowohl über das DFG-Schwerpunkt-Programm SPP1313 als auch über das Verbundprojekt ‚NanoKon’ des Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert, was uns erste Untersuchungen in dieser Richtung erlaubt. Die Komplexität der Materie erfordert dabei den Einsatz systematischer Verfahren, wie der am Institut für Immunologie etablierten Massenspektroskopie oder zellbasierten Hochdurchsatz-Testverfahren, welche uns am Mainz Screening Center zur Verfügung stehen“, so Stauber.

Die genaue Kenntnis der Vorgänge, welche sich an der „Nano-Bio Grenzfläche” abspielen, könnte nicht nur die medizinische „Schlagkraft“ Nanomaterial-basierter Anwendungen steigern, sondern auch zu einer verbesserten Risikoabschätzung für Industrieanwendungen beitragen.

Veröffentlichung
Stefan Tenzer et al., Nanoparticle Size Is a Critical Physicochemical Determinant of the Human Blood Plasma Corona: A Comprehensive Quantitative Proteomic Analysis

ACS Nano, Published online: DOI 10.1021/nn201950e

Kontakt
Univ.-Prof. Dr. Roland H. Stauber, Molekulare und Zelluläre Onkologie/Mainz Screening Center
Hals-, Nasen-, Ohren-Klinik und Poliklinik – Plastische Operationen
Universitätsmedizin der Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Langenbeckstr. 1, 55131 Mainz, Telefon: 06131 17-7002 / 6030, Fax: 06131 17-6671;

E-Mail: roland.stauber@unimedizin-mainz.de

Pressekontakt
Dr. Renée Dillinger-Reiter, Stabstelle Kommunikation und Presse Universitätsmedizin Mainz,

Telefon 06131 17-7424, Fax 06131 17-3496, E-Mail: pr@unimedizin-mainz.de

Caroline Bahnemann | idw
Weitere Informationen:
http://www.unimedizin-mainz.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizin Gesundheit:

nachricht In Deutschland wächst die Zahl der Patienten mit Diabetes mellitus
23.02.2017 | Versorgungsatlas

nachricht Ursache für eine erbliche Muskelerkrankung entdeckt
22.02.2017 | Klinikum der Universität München

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizin Gesundheit >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

Österreich erzeugt erstmals Erdgas aus Sonnen- und Windenergie

24.02.2017 | Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI auf dem Mobile World Congress mit VR- und 5G-Technologien

24.02.2017 | Messenachrichten

MWC 2017: 5G-Hauptstadt Berlin

24.02.2017 | Messenachrichten

Auf der molekularen Streckbank

24.02.2017 | Biowissenschaften Chemie