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20.09.2017 | Funktionswerkstoffe | Nachricht | Onlineartikel

Fluoreszenz-Partikel für die medizinische Bildgebung

Autor:
Dieter Beste

Wissenschaftler aus Aachen haben leistungsstarke Fluoreszenz-Partikel mit integriertem Abbaumechanismus entwickelt. Daraus ergeben sich neue Möglichkeiten für bildgebende Verfahren in der Medizin.

Je nach medizinischer Fragestellung greifen Ärzte auf verschiedene Hilfsmittel zurück, um Organe und Gewebe im Körperinneren eines Patienten sichtbar zu machen. Ein Hilfsmittel sind winzige, künstliche Moleküle oder Partikel, die als Sonden genutzt werden und über die Blutbahn eines Patienten zu krankhaft verändertem Gewebe gelangen und sich an dieses anheften. Die Partikel können durch Laserstrahlung von außen im Körper des Patienten lokalisiert werden und helfen, die richtige Diagnose zu erstellen oder eine Therapie zu überwachen.

Um deutlichere Informationen aus dem Körper zu gewinnen und auch von tief liegenden Gewebeschichten gute Bilder zu erzeugen, forschen Wissenschaftler des DWI – Leibniz-Institut für Interaktive Materialien, des Helmholtz-Instituts für Biomedizinische Technik und der Uniklinik RWTH Aachen gemeinsam an einer neuen Art von fluoreszierenden Partikeln, um damit krankhaft verändertes Gewebe im Körper sichtbar zu machen. Dabei ist es wichtig, dass die Partikel wieder aus dem Körper entfernt werden können, nachdem sie ihre Aufgabe erfüllt haben. Die Forscher sind diesem Ziel nun einen bedeutenden Schritt näher gekommen, indem sie den Abbau der fluoreszierenden Partikel durch Zellen des Immunsystems ermöglichen, wie sie im Wissenschaftsjournal Nature berichten.

Konjugierte Polymere

Auf dem Weg zum Erfolg mussten die Forscher einige Hürden überwinden: Nutzt man besonders kleine Sonden, werden diese sehr schnell wieder über die Niere ausgeschieden. Benutzt man größere Partikel, die lange im Körper zirkulieren, können sich diese unspezifisch in Zellen des Körpers einlagern und so auch gesundes Gewebe in Mitleidenschaft ziehen. Partikel aus konjugierten Polymeren – eine besondere Art organischer Makromoleküle – zeigen hingegen keine schädliche Wirkung auf die Zellen und weisen ein besonders starkes Fluoreszenz-Signal auf. Damit werden sie auch in bis zu fünf Zentimeter tiefem Gewebe noch detektiert.

Diese Technik konnte aber bislang nicht genutzt werden, denn es gab keine Möglichkeit, die konjugierten Polymerpartikel anschließend wieder aus dem Körper zu entfernen. Oft sind sie bis zu einem Mikrometer groß und können daher nicht über die Niere ausgeschieden werden, die maximal fünf oder sechs Nanometer große Partikel passieren lässt. Größere Teilchen werden durch Makrophagen, also Zellen des Immunsystems aufgenommen und sammeln sich schließlich in der Leber, Lunge oder der Milz an. Dort würden die konjugierten Polymerpartikel auf Dauer zu unerwünschten Nebeneffekten führen.

Abbau im Körper

Die Lösung der Aachener Wissenschaftler war eine Art Sollbruchstelle, die sie in die konjugierten Polymere einbauten. Hierfür nutzten sie eine bestimmte chemische Stoffgruppe, einen sogenannten Imidazolring, der mit reaktiven Sauerstoffgruppen, wie sie im Inneren von aktivierten Makrophagen vorhanden sind, reagiert. In Zellkulturversuchen konnten die Wissenschaftler zeigen, dass die Polymerpartikel auf diese Weise in den Makrophagen zu kleinen, wasserlöslichen Molekülen abgebaut werden.

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