Weiche Schale, harter Kern – Neues aus der Nanotechnologie

Bild: Dr. Wolfgang G. Kreyling, Quelle: HMGU

Nanopartikel sind kleinste Teilchen, die bis in entlegene Körperpartien vordringen können. In der Forschung werden verschiedene Ansätze erprobt, wie Nanopartikel medizinisch genutzt werden könnten – beispielsweise um Substanzen an einen speziellen Ort wie etwa einen Tumor zu befördern.

Dazu werden sie gewöhnlich mit einer Schicht aus organischem Material bedeckt, denn ihre Oberflächenbeschaffenheit ist entscheidend für ihre weitere Zielbestimmung im Körper. Haben sie etwa eine wasserabweisende Hülle, werden sie schnell vom Immunsystem erkannt und beseitigt.

Wie Goldpartikel durch den Körper wandern

Wissenschaftler um Dr. Wolfgang Kreyling, mittlerweile externer wissenschaftlicher Berater am Institut für Epidemiologie II des Helmholtz Zentrums München, und Prof. Wolfgang Parak von der Philipps-Universität in Marburg, konnten nun erstmals im Tiermodell den zeitlichen Verlauf solcher Partikel nachverfolgen.

Dazu konstruierten sie mit einem Gold-Isotop* radioaktiv markierte, 5 nm kleine Gold Nanopartikel, die mit einer ebenfalls radioaktiv markierten Polymerhülle ummantelt waren. Laut den Forschern ein handwerklich sehr anspruchsvoller nanotechnologischer Schritt.

Nach der anschließenden intravenösen Injektion mussten sie aber beobachten, wie die extra aufgebrachte Polymerhülle wieder abgebaut wurde: „Überraschender Weise reicherte sich das partikelförmige Gold hauptsächlich in der Leber an“, erinnert sich Kreyling. „Im Gegensatz dazu verteilten sich die Hüllenmoleküle signifikant anders im ganzen Körper.“

Weitere Analysen der Wissenschaftler erklärten, woran das lag: Sogenannte proteolytische Enzyme** in bestimmten Zellen der Leber scheinen die Partikeln wieder von ihrer Hülle zu trennen. Dieser Effekt war nach Angaben der Forscher zuvor in vivo nicht bekannt, da die Partikel bislang nur in Zellkulturen getestet worden waren, wo dieser Effekt nicht sorgfältig genug untersucht worden war.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass auch vermeintlich sehr stabile Nanopartikel-Konjugate*** bei der Anwendung im Körper ihre Eigenschaften verändern können“, ordnet Kreyling die Ergebnisse ein. „Somit wird die Studie sowohl Einfluss auf zukünftige medizinische Anwendungen als auch auf die Risikobewertung von Nanopartikeln in Verbraucherprodukten und in der Wissenschaft und Technik nehmen.“

Weitere Informationen

Hintergrund:
* Als Isotope bezeichnet man Arten von Atomen, die verschiedene Massenzahlen aufweisen aber das gleiche Element darstellen.
** proteolytische Enzyme spalten Proteinstrukturen und dienen beispielsweise der Ernährung oder der Entgiftung des Körpers
*** Konjugate sind Verbindungen mehrerer Molekülarten zu einem Partikel

Original-Publikation:
Kreyling, W. et al. (2015). In vivo integrity of polymer-coated gold nanoparticles, Nature Nanotechnology
DOI: 10.1038/nnano.2015.111

Das Helmholtz Zentrum München verfolgt als Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt das Ziel, personalisierte Medizin für die Diagnose, Therapie und Prävention weit verbreiteter Volkskrankheiten wie Diabetes mellitus und Lungenerkrankungen zu entwickeln. Dafür untersucht es das Zusammenwirken von Genetik, Umweltfaktoren und Lebensstil. Der Hauptsitz des Zentrums liegt in Neuherberg im Norden Münchens. Das Helmholtz Zentrum München beschäftigt rund 2.300 Mitarbeiter und ist Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft, der 18 naturwissenschaftlich-technische und medizinisch-biologische Forschungszentren mit rund 37.000 Beschäftigten angehören.

Das Institut für Epidemiologie II (EPI II) erforscht die Zusammenhänge von Umwelt, Lebensstil und Genetik bei der Entstehung von Diabetes, Erkrankungen des Herzens und der Erhaltung der Gesundheit im Alter. Die Forschung stützt sich auf die einzigartigen bevölkerungsbasierten KORA-Ressourcen (Kohorte, Herzinfarktregister, Aerosol-Messstation). Folgestudien innerhalb der Kohorte ermöglichen die Untersuchung von Frühformen und Komplikationen ausgewählter chronischer Erkrankungen und deren Verbreitung in der Bevölkerung.

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Fachlicher Ansprechpartner
Dr. Wolfgang G. Kreyling, Helmholtz Zentrum München – Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt (GmbH), Externer Wissenschaftlicher Berater des Instituts für Epidemiologie II, Ingolstädter Landstr. 1, 85764 Neuherberg – E-Mail: kreyling@helmholtz-muenchen.de

http://www.helmholtz-muenchen.de/en/index.html – Webseite Helmholtz Zentrum München
http://www.helmholtz-muenchen.de/epi2 – Webseite Institut für Epidemiologie II
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