Nanopartikel sollen Krebszellen zerstören

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Für ihre neue Methode zur Herstellung von Nanopartikeln nutzt eine interdisziplinäre Forschungsgruppe, darunter Mitglieder des Forschungsschwerpunktes Nanowissenschaften und Oberflächenforschung und des Exzellenzclusters Entzündungsforschung der Universität Kiel, den sogenannten Leidenfrost-Effekt: Fällt ein Wassertropfen auf eine Oberfläche, die sehr viel heißer ist als der Siedepunkt des Wassers, beginnt er gewissermaßen zu schweben, bis er vollständig verdampft ist. Der Wassertropfen kann dabei als Mikro-Reaktor dienen, in dem sich kleine Nanopartikel bilden.

Das Interesse der Forscher um den Materialwissenschaftler und Chemiker Mady Elbahri konzentrierte sich auf die Produktion von Zinkperoxid-Nanopartikeln in unterschiedlichen Größen. Denn Zinkperoxid gilt – noch mehr als einfaches Zinkoxid – als besonders effektiver Sauerstofflieferant. Das macht es zu einem interessanten Material für die Behandlung von Krankheiten wie zum Beispiel Krebs.

Herstellung im Wasserbad

Um Zinkperoxid-Partikel in einer bestimmten Größe gezielt herstellen zu können, schauten sich die Forschenden genauer an, wie der Leidenfrost-Effekt speziell unter Wasser wirkt, etwa bei Vulkanaktivitäten in der Tiefsee. Diese Prinzipien übertrugen sie auf ihre Arbeit im Labor. Für die Herstellung der Partikel nutzten sie statt eines einzelnen Wassertropfens ein Wasserbad auf einer Herdplatte. Auf den Boden gaben sie eine Lösung aus Zinkazetat und Wasserstoffperoxid. Dort ist es besonders heiß und es herrscht eine hohe Konzentration an Ionen – ideale Bedingungen für die Bildung von Partikeln. Über die Zusammensetzung der Zinkazetatlösung variierten die Forschenden die Partikelgröße in sieben Stufen von 70 bis 680 Nanometer.

Größe der Nanopartikel entscheidend

Für Zinkoxid liegen bereits Untersuchungen vor, die zeigen, dass es den Anteil an reaktivem Sauerstoff in Zellen übermäßig erhöht und mit dieser Sauerstoff-Übersättigung zu ihrem Tod führt. Erste Ergebnisse, die jetzt in der Fachzeitschrift Nature Communications erschienen sind, machen langfristig einen Einsatz in der Krebstherapie denkbar. "Wir konnten in unseren Versuchen nachweisen, dass Nanopartikel aus Zinkperoxid Krebszellen schädigen und diese Wirkung – neben den Krebszellenarten und der Konzentration der Nanopartikel – tatsächlich vor allem von ihrer Größe abhängt", sagt Mady Elbahri.