Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

HZDR-Forscher entwickeln Tarnkappen-Technologie für leuchtende Nanopartikel

13.11.2018

Einem Forscherteam des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) ist es in Kooperation mit der australischen Monash University gelungen, die Stabilität und Biokompatibilität spezieller Nanopartikel erheblich zu steigern. Das Team hat sogenannte Upconverting Nanoparticles – Partikel, die Infrarot- in kurzwelliges Licht umwandeln – so modifiziert, dass sie wasserlöslich werden, selbst in komplexen Körperflüssigkeiten wie Blutserum stabil bleiben und Medikamente speichern können. Damit haben sie ein Werkzeug geschaffen, das den Kampf gegen Krebs deutlich effektiver machen könnte. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscher im Fachjournal „Angewandte Chemie“ (DOI: 10.1002/anie.201811003).

Nanopartikel sind winzige Strukturen, die bis etwa 100 Nanometer groß und damit rund 1000 Mal kleiner sind als ein menschliches Haar im Querschnitt misst.


Nanopartikel im Blut: Die „Tarnkappe“ verhindert, dass sich Blutbestandteile anheften. Die Oberfläche ist durch UV-Bestrahlung zusätzlich vernetzt und dadurch in biologischen Systemen stabil.

HZDR/Sahneweiß/istockphoto.com/Thomas-Soellner/Molekuul


Sie forschen am HZDR an nanoskaligen Systemen für die Diagnose und Therapie von Krebs: Kristof Zarschler, Holger Stephan, Anne Nsubuga, Tanmaya Joshi (v.l.)

HZDR/O.Killig

Die Biomedizin nimmt diese Materialien zunehmend in den Fokus: Mit entsprechenden Eigenschaften ausgestattet, könnten sie in der Blutbahn fast jedes Gewebe im menschlichen Körper erreichen – 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 Dr. 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 der Photochemiker des Teams, Dr. 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, der 2017 von der Monash University als Humboldt-Stipendiat an das HZDR kam. 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 Dr. 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 Dr. Holger Stephan.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Holger Stephan | Dr. Kristof Zarschler
Institut für Radiopharmazeutische Krebsforschung am HZDR
Tel. +49 351 260-3091 | +49 351 260-3678
E-Mail h.stephan@hzdr.de | k.zarschler@hzdr.de

Originalpublikation:

Anne Nsubuga, Kristof Zarschler, Massimo Sgarzi, Bim Graham, Holger Stephan, Tanmaya Joshi: „Towards Utilising Photocrosslinking of Polydiacetylenes (PDAs) for the Preparation of “Stealth“ Upconverting Nanoparticles (UCNPs)”, Angew. Chem. 2018, DOI: 10.1002/anie.201811003

Weitere Informationen:

http://www.hzdr.de/presse/ucnps

Dr. Christine Bohnet | Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Sich vermehren oder sich nicht vermehren
22.03.2019 | Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik

nachricht Ketten aus Stickstoff direkt erzeugt
22.03.2019 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Die Zähmung der Lichtschraube

Wissenschaftler vom DESY und MPSD erzeugen in Festkörpern hohe-Harmonische Lichtpulse mit geregeltem Polarisationszustand, indem sie sich die Kristallsymmetrie und attosekundenschnelle Elektronendynamik zunutze machen. Die neu etablierte Technik könnte faszinierende Anwendungen in der ultraschnellen Petahertz-Elektronik und in spektroskopischen Untersuchungen neuartiger Quantenmaterialien finden.

Der nichtlineare Prozess der Erzeugung hoher Harmonischer (HHG) in Gasen ist einer der Grundsteine der Attosekundenwissenschaft (eine Attosekunde ist ein...

Im Focus: The taming of the light screw

DESY and MPSD scientists create high-order harmonics from solids with controlled polarization states, taking advantage of both crystal symmetry and attosecond electronic dynamics. The newly demonstrated technique might find intriguing applications in petahertz electronics and for spectroscopic studies of novel quantum materials.

The nonlinear process of high-order harmonic generation (HHG) in gases is one of the cornerstones of attosecond science (an attosecond is a billionth of a...

Im Focus: Magnetische Mikroboote

Nano- und Mikrotechnologie sind nicht nur für medizinische Anwendungen wie in der Wirkstofffreisetzung vielversprechende Kandidaten, sondern auch für die Entwicklung kleiner Roboter oder flexibler integrierter Sensoren. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) haben mit einer neu entwickelten Methode magnetische Mikropartikel hergestellt, die den Weg für den Bau von Mikromotoren oder die Zielführung von Medikamenten im menschlichen Körper, wie z.B. zu einem Tumor, ebnen könnten. Die Herstellung solcher Strukturen sowie deren Bewegung kann einfach durch Magnetfelder gesteuert werden und findet daher Anwendung in einer Vielzahl von Bereichen.

Die magnetischen Eigenschaften eines Materials bestimmen, wie dieses Material auf das Vorhandensein eines Magnetfeldes reagiert. Eisenoxid ist der...

Im Focus: Magnetic micro-boats

Nano- and microtechnology are promising candidates not only for medical applications such as drug delivery but also for the creation of little robots or flexible integrated sensors. Scientists from the Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) have created magnetic microparticles, with a newly developed method, that could pave the way for building micro-motors or guiding drugs in the human body to a target, like a tumor. The preparation of such structures as well as their remote-control can be regulated using magnetic fields and therefore can find application in an array of domains.

The magnetic properties of a material control how this material responds to the presence of a magnetic field. Iron oxide is the main component of rust but also...

Im Focus: Goldkugel im goldenen Käfig

„Goldenes Fulleren“: Liganden-geschützter Nanocluster aus 32 Goldatomen

Forschern ist es gelungen, eine winzige Struktur aus 32 Goldatomen zu synthetisieren. Dieser Nanocluster hat einen Kern aus 12 Goldatomen, der von einer Schale...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Größte nationale Tagung 2019 für Nuklearmedizin in Bremen

21.03.2019 | Veranstaltungen

6. Magdeburger Brand- und Explosionsschutztage vom 25. bis 26.3. 2019

21.03.2019 | Veranstaltungen

Teilchenphysik trifft Didaktik und künstliche Intelligenz in Aachen

20.03.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Die Zähmung der Lichtschraube

22.03.2019 | Physik Astronomie

Saarbrücker Forscher erleichtern durch Open Source-Software den Durchblick bei Massen-Sensordaten

22.03.2019 | HANNOVER MESSE

Ketten aus Stickstoff direkt erzeugt

22.03.2019 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics