Kontrastmittel für die Tumordiagnostik

Phosphoreszierende Metall-organische Koordinationspolymere für die optische Bildgebung

25.03.2011 - USA

Es müssen nicht immer Röntgenstrahlen sein, auch mit Licht im sichtbaren und besonders im infraroten Bereich lässt sich menschliches Gewebe „durchleuchten“. Die Leistungsfähigkeit optischer bildgebender Verfahren kann durch geeignete Farbstoffe als Kontrastmittel erheblich gesteigert werden. Ein Team um Wenbin Lin von der University of North Carolina (Chapel Hill, USA) stellt in der Zeitschrift Angewandte Chemie nun ein neuartiges Kontrastmittel vor, das in vitro Tumorzellen markiert. Der Farbstoff ist ein phosphoreszierender Rutheniumkomplex, der in Nanopartikel eines Metall-organischen Koordinationspolymers eingebaut ist, was eine außergewöhnlich hohe Farbstoffbeladung möglich macht.

Fluoreszierende Farbstoffe reichern sich in verschiedenen Gewebearten verschieden stark an. Dank solcher Kontrastmittel lässt sich mithilfe optischer Bildgebung zwischen gesundem und Tumorgewebe unterscheiden. Allerdings ist die Methode dadurch limitiert, dass meist extrem hohe Farbstoffkonzentrationen notwendig sind, um eine ausreichend starke Fluoreszenz zu erzielen. Organische Farbstoffmoleküle, hochkonzentriert in Nanokapseln verpackt, löschen jedoch ihre Fluoreszenz gegenseitig aus. Stärker fluoreszierende Stoffe, wie etwa Quantenpunkte, sind dagegen oft nicht biokompatibel.

Das Team hat nun eine Alternative entwickelt: Metallkomplexe, die zu so genannten Koordinationspolymeren gitterartig verbrückt werden. Koordinationspolymere sind Metall-organische Gerüste aus Metallionen als „Knotenpunkten“, die über „Brücken“ aus organischen Molekülen oder Komplexen verbunden sind. Die Wissenschaftler setzen dabei einen leuchtenden Komplex des Metalls Ruthenium als Brückenelement ein. Zirkoniumionen erwiesen sich als geeignete Knotenpunkte. Die winzigen Gerüste haben die Gestalt kugelförmiger Nanopartikel.

Die Rutheniumkomplexe fluoreszieren nicht, sondern phosphoreszieren, das heißt, sie leuchten verhältnismäßig lange nach einer Bestrahlung mit Licht. Da sie nicht in ein Nano-Transportbehältnis eingefüllt werden, sondern selber Bestandteil der Nanopartikel sind, lässt sich eine sehr hohe Farbstoffbeladung erreichen, im vorliegenden Fall von mehr als 50%. Eine Auslöschung der Phosphoreszenz bei hohen Konzentrationen tritt bei solchen Komplexen nicht auf.

Damit sich die leuchtenden Partikel im Organismus nicht zu schnell auflösen und um die Bioverträglichkeit zu erhöhen, werden sie mit dünnen Schalen aus Siliciumdioxid und einer Schicht Polyethylenglycol überzogen. Letztere dient zudem als Ankerpunkt für Anisamid, ein Molekül, das spezifisch an Rezeptoren bindet, die an der Oberfläche vieler Arten von Tumorzellen deutlich häufiger vertreten sind als auf gesunden Zellen.

In einer Zellkultur ließen sich mit den phosphoreszierenden Nanopartikeln Zellen einer Krebszelllinie selektiv markieren. Die Forscher hoffen, dass sich ausgehend von diesen neuen Metall-organischen Nanomaterialien Kontrastmittel für die optische Bildgebung zur Tumorerkennung entwickeln lassen.