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entdeckt_02_2014

entdeckt 02 .14 FORSCHUNG WWW.HZDR.DE Silizium-Teilchen, tragen aber noch keine weiteren Funkti- onseinheiten. „Man kann also nicht erwarten, dass die im Körper den Weg zum Tumor finden, aber man kann erst einmal beobachten, wie sie sich im Körper verteilen und verhalten.“ Den ersten Tests nach werden die Partikel schnell wieder aus dem Körper gespült. Was durchaus ein gutes Zeichen ist, denn normalerweise werden Nanoteilchen, die größer als sechs Nanometer sind, von Fresszellen aufgenommen und in der Le- ber eingelagert. Um das zu umgehen, wird die Oberfläche von Nanopartikeln wasserlöslicher gemacht, in der Regel mit einer Hülle aus Polyethylenglykol (PEG), wodurch das Partikel aber größer wird. „Die Silizium-Teilchen wären eine Lösung, aber es ist sehr schwierig, sie mit den nötigen Funktionen auszu- statten, wie zum Beispiel einer tumorsuchenden Einheit“, gibt Stephan zu bedenken. Bislang stehe man ganz am Anfang, dafür die nötigen chemischen Methoden zu entwickeln. „Mit Partikeln anderen Typs kratzen wir an der 10-Nanometer- Grenze“, so der Chemiker. Neben Silizium- und Magnetit- Partikeln versuchen die Dresdner Forscher auch sogenannte „Upconverting Nanopartikel“ zu entwickeln. Diese „Upconver- ter“ bestehen aus Seltenerd-Verbindungen, die fluoreszieren können, allerdings auf eine einzigartige Weise: Während Fluoreszenzfarbstoffe normalerweise mit kurzwelligem Licht angeregt werden und dann langwellig fluoreszieren, ist es bei den „Upconvertern“ genau anders herum. Das ist praktisch, denn mit langwelliger Strahlung kommt man besser durch das äußere Gewebe, um die Partikel am Tumor zum Fluoreszieren anregen zu können. „Das Problem ist nur, dass diese Teilchen noch deutlich größer als zehn Nanometer sind“, sagt Stephan. Und je kleiner die Teilchen sind, umso geringer ist die Fluores- zenzausbeute. Um solche Probleme zu lösen, arbeitet Stephan im Virtuellen Institut mit Forschern der Monash University im australischen Melbourne zusammen. Ziel: Nano-Baukasten für die Krebsmedizin Dazu gehören auch Tests, ob das, was sich im Reagenzglas bewährt, im Körper funktioniert. Denn dabei gibt es durch- aus unerwartete Probleme: „Sobald ein Nanopartikel in ein biologisches Milieu wie Blut, Serum oder Speichel kommt, wird es durch Proteine belegt“, sagt Stephan. „Diese ‚Protein- Corona’ kann schnell alles zunichte machen, was man sich an Funktionen für das Partikel überlegt hat, weil die Proteine die funktionellen Einheiten einfach verdecken.“ So wie der beste Spürhund-Rüde den Weg nicht mehr findet, wenn er von einer Meute läufiger Hündinnen umringt ist. „Man kann das verhin- dern, indem man die Oberfläche des Partikels ladungsneutral gestaltet und damit die Anziehungskraft reduziert“, erklärt der Chemiker. Allerdings werden dadurch die Möglichkeiten eingeschränkt, bestimmte Funktionseinheiten an die Partikel zu heften. Deshalb versucht Stephan derzeit, die Partikel „zwitterionisch“ zu gestalten. Dabei werden auf der Ober- fläche des Partikels die gleiche Anzahl positiv und negativ geladener Funktionseinheiten verteilt – in der Summe ist das Partikel dann ladungsneutral. Mit welchen Funktionen man das Nanoteilchen ausstattet, kommt ganz auf die Aufgabe an, die es erfüllen soll. „Für die Bildgebung ist es ziemlich egal, ob das Partikel in eine Zelle gelangt oder nur auf der Oberfläche bleibt“, sagt Stephan. Für die Therapie könnte das jedoch entscheidend sein. „Bislang konzentrieren wir uns darauf, Nanopartikel für die Diagnostik zu entwickeln.“ Langfristig soll Stephans Baukastensystem es ermöglichen, den Spürhunden auch das Zubeißen anzuzüch- ten – die Partikel also auch mit einer therapeutischen Funk- tion auszustatten. Das könnten Arznei-Moleküle sein, die die Nanokügelchen im Tumor freisetzen, oder auch Radionuklide, die durch ihre Strahlung das Krebsgewebe zerstören. Kommt darauf an, welche Kreuzungen sich in der Dresdner Partikel- zucht künftig bewähren. PUBLIKATIONEN: K. Pombo-García “Design, synthesis, characterisation and in vitro studies of hydrophilic, colloidally-stable, 64Cu(II)- labelled, ultra-small iron oxide nanoparticles in a range of human cell lines”, in RSC Advances 2013 (DOI: 10.1039/ C3RA43726D) K. Pombo-García u. a.: “Zwitterionic-coated „stealth“ nanoparticles for biomedical applications: recent advances in countering biomolecular corona formation and uptake by the monomolecular phagocyte system”, in Small 2014 (DOI: 10.1002/smll.201303540) K. Zarschler u.a.: “Diagnostic nanoparticle targeting of the EGF-receptor in complex biological conditions using single- domain antibodies”, in Nanoscale 2014 (DOI: 10.1039/C4N- R00595C) K. Viehweger u.a.: ”EGF receptor-targeting peptide conjugate incorporating a near-IR fluorescent dye and a novel 1,4,7-tri- azacyclononane-based 64Cu(II) chelator assembled via click chemistry”, in Bioconjugate Chemistry 2014 (DOI: 10.1021/ bc5001388) KONTAKT _Helmholtz Virtuelles Institut NanoTracking Sprecher: Dr. Holger Stephan h.stephan@hzdr.de „Principal Investigators“: HZDR, Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Monash University Melbourne, Universität Heidelberg, University College Dublin. Daneben gibt es weitere assoziierte Partner. www.hzdr.de/nanotracking NANO-ANALYSE: Madlen Matterna an der Anlage für „Ultra- hochleistungsflüssigkeitschromatographie“, mit der in sehr kurzer Zeit chemische Reaktionsprodukte in geringsten Konzen- trationen analysiert werden können. Foto: Frank Bierstedt

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