Nanopartikel für die Analyse

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, sagt PD Dr. Gerhard Mohr von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Deshalb arbeitet er mit seinen Kollegen Prof. Dr. Rainer Beckert und Prof. Dr. Klaus Benndorf an der Entwicklung von Nanopartikeln, die Indikatorfarbstoffe einschließen und die als Sensoren innerhalb von Zellen und Geweben dienen können. Dort sollen sie Ionen von Natrium, Kalium oder Chloriden, Biomoleküle wie Glukose oder Aminosäuren sowie Medikamente und ihre Wirkstoffe aufspüren und analysieren.

Zu Sensor-Nanopartikeln soll an der Universität Jena mit Hilfe von Fördermitteln der Europäischen Union (EU) ein Exzellenzschwerpunkt aufgebaut werden. Dafür stellt sie Mohr in den nächsten vier Jahren 1,15 Millionen Euro zur Verfügung, um Wissenschaftler an die Saale zu holen, die an dem Projekt mitarbeiten. Zudem kooperieren die Jenaer Wissenschaftler mit Kollegen der Technischen Universität Compiegne (Frankreich) und der University of East Anglia in Norwich (England).

Zum einen wollen die Wissenschaftler geeignete Farbstoffe entwickeln, die selektiv Ionen, Biomoleküle oder Medikamentenwirkstoffe erkennen können. Dann gelte es, so Dr. Mohr, diese Farbstoffe in Nanopartikel einzuschließen, sie zu polymerisieren. Schließlich sollen die Nanopartikel so gestaltet werden, dass sie biokompatibel sind, also von den zu untersuchenden Zellen oder Geweben gut vertragen werden, ohne dass es zu unerwünschten Reaktionen kommt. 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.

Die Einbettung der Indikatorfarbstoffe ist so wichtig, da sich auf diese Weise unerwünschte Reaktionen mit den zu untersuchenden Zellen vermeiden lassen. Das Polymerkügelchen umhüllt die Farbstoffe und schützt sie somit vor Reaktionen etwa mit Proteinen der Zelle. 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 Gerhard Mohr, 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
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