Neuartige Nanopartikel als Kontrastmittel?

Besonderheit: Die Nanopartikel reagieren auf Wärme und verändern dabei ihre Eigenschaften

20.10.2023

Symbolbild

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Spezielle Nanopartikel könnten künftig dabei helfen, moderne bildgebende Verfahren zu verbessern. Entwickelt wurden sie von Forschenden der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU). Das Besondere: Die Nanopartikel reagieren auf Wärme und verändern dabei ihre Eigenschaften. In Kombination mit einem integrierten Farbstoff könnten die Teilchen in der photoakustischen Bildgebung eingesetzt werden, um hochauflösende, dreidimensionale Bilder des Körperinneren zu erzeugen. Die Studie wurde im Fachjournal "Chemical Communications" veröffentlicht.

Die Forschenden entwickelten sogenannte Single-Chain Nanoparticles (SCNPs), die aus einer einzigen Molekülkette bestehen und nur drei bis fünf Nanometer groß sind. In diese winzigen Kapseln lassen sich Farbstoffe einbinden. "Unsere SCNPs haben einzigartige thermoresponsive Eigenschaften. Sie verändern ihre Struktur bei Wärme: Je nach Temperatur können die Partikel eine kompakte oder offene Struktur annehmen und dabei verändert sich auch das Verhalten der eingekapselten Substanzen", erklärt der Chemiker Prof. Dr. Wolfgang Binder von der MLU, der die Studie gemeinsam mit dem Medizinphysiker Prof. Dr. Jan Laufer und dem Pharmazeuten Prof. Dr. Karsten Mäder leitete.

Für die Arbeit stattete das Team die SNCPs mit speziellen Farbstoffen aus, die für die photoakustische Bildgebung verwendet werden könnten. Bei dieser Methode werden Laserpulse auf das zu untersuchende Gewebe gerichtet. Dort wird die Energie des Lichts dann in Ultraschallwellen umgewandelt, wobei sich das Gewebe erwärmt und die Nanopartikel ihre Eigenschaften verändern. Werden die Ultraschallwellen außerhalb des Organismus gemessen, lassen sich damit dreidimensionale Bilder erstellen, die meist Blutgefäßnetzwerke darstellen. Die Teilchen erzeugen den Forschenden zufolge einen Bildkontrast, mit welchem sich zum Beispiel Tumoren genauer untersuchen lassen.

Das Team untersuchte die Funktionsweise der Teilchen auch in Zellkulturen, um mehr darüber zu erfahren, wie und ob diese im menschlichen Körper wirken. Das ist wichtig, damit die Partikel für eine biomedizinische Verwendung in Betracht kommen. Bei allen Tests schnitten die neuen Partikel sehr gut ab. "Unsere Arbeit ist ein wichtiger Schritt in der Entwicklung thermoresponsiver SCNPs, die die Genauigkeit und Präzision der diagnostischen Bildgebung verbessern könnten", fasst Binder zusammen.

Originalveröffentlichung

Justus F. Thümmler, Ramesh Maragani, Franz-Josef Schmitt, Guo Tang, Samira Mahmoudi Rahmanlou, Jan Laufer, Henrike Lucas, Karsten Mäder, Wolfgang H. Binder; "Thermoresponsive swelling of photoacoustic single-chain nanoparticles"; Chemical Communications, Volume 59, 2023

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