Neue Therapiemöglichkeiten dank nanoskaligem Thermometer
Im Rahmen des PHELLINI-Projekts ist es gelungen, Nanopartikel mit thermometrischen Eigenschaften und goldbasierte Nanopartikel mit Hitzewirkung miteinander zu kombinieren. Diese Partikel erzeugen bei Aktivierung durch Nah-Infrarotlicht auf effiziente Weise Hitzebereiche. Durch die Kombination dieser beiden Funktionen – Erhitzung und Thermometrie – innerhalb derselben Struktur hat das Projektteam neue Möglichkeiten für die Entwicklung von nanobasierten photothermischen Therapien eröffnet. „Die Temperaturmessung auf der Nanoskala bei biologischen Systemen ist an und für sich bereits ein interessantes Instrument“, merkt PHELLINI-Projektkoordinator Dr. Luis Liz-Marzán vom CIC BiomaGUNE in Spanien an. „Unsere Ergebnisse können nun als Basis für grundlegende biologische Studien oder zur Entwicklung neuer Therapieverfahren herangezogen werden, wobei allerdings zu erwähnen ist, dass sich unsere Nanokomposite noch in einem recht frühen Entwicklungsstadium befinden. Der Weg bis zur tatsächlichen klinischen Anwendung neuer Verfahren in der Medizin ist in der Regel ein sehr langer.“ Medizinische Schranken Zahlreiche biologisch relevante Entitäten, wie z. B. Proteine, sind auf der Nanoskala manipulierbar. Dadurch ergeben sich bahnbrechende neue Möglichkeiten für die Diagnose und Behandlung bestimmter Erkrankungen. „Uns steht nun die Möglichkeit offen, Nanomaterialien zu entwickeln, die im Blutstrom zirkulieren können oder sich sogar in Zellen einbringen lassen“, erklärt Dr. Liz-Marzán. „Dadurch könnten künftig gezieltere Therapien möglich werden. Nanovehikel können beispielsweise so konstruiert werden, dass Arzneimittel zu den Zellen transportiert und anschließend zeitlich kontrolliert freigesetzt werden. Denkbar sind auch neue Therapien auf der Basis von Nanomaterialien, die dazu dienen, die Umgebung von erkrankten Zellen bei Applikation eines externen, nicht-invasiven Stimulus – wie z. B. Magnetfeld oder Licht – lokal zu modifizieren.“ Die Möglichkeiten zur Anwendung von Nanotechnologie im medizinischen Bereich werden in der Forschung noch immer untersucht – genau deshalb sind Projekte wie PHELLINI so wichtig. Dr. Marta Quintanilla, die im Rahmen dieses Marie-Curie-Projekts geförderte Forscherin, weist auf eine gemeinsame Herausforderung hin: Der Bereich der nanomedizinischen Forschung bewege sich an der Schranke mehrerer wissenschaftlicher Disziplinen – Biologie, Chemie und Physik – und erfordere daher einen interdisziplinären Ansatz und disziplinübergreifende Kooperation. „Die Forscher aus den jeweiligen Bereichen müssen bereit sein, voneinander zu lernen und ihre unterschiedlichen Perspektiven zu verstehen“, so Dr. Quintanilla. Wissen im Verbund Ziel des PHELLINI-Projekts war es, geeignete Materialien zur photothermischen Therapie zu ermitteln. „Dazu muss die Temperatur der Erkrankungsumgebung bei externer Bestrahlung erhöht werden“, erklärt sie. „Die Zieltemperatur sollte so hoch sein, dass Infektionserreger bzw. Krebszellen abgetötet werden, ohne dass dabei gesundes Gewebe zerstört wird.“ Eine der Hauptaufgaben bestand daher darin, eine Möglichkeit zur Regulierung der Temperatur zu finden, sodass ausschließlich auf das behandlungsbedürftige Areal eingewirkt werden kann. Das Projektteam schlug eine Kombination aus mehreren Nanomaterialien vor, die sich erhitzen lassen und zugleich die lokale Temperatur erfassen können. Dabei stellten sie fest, dass bestimmte Lichtwellenlängen (im Nah-Infrarotbereich – d. h. sogenannte biologische Fenster) tiefer in menschliches Gewebe vordringen können als andere Wellenlängen (z. B. sichtbare Farben). „Auf dieser Wissensgrundlage haben wir ein thermometrisches Material entwickelt, das innerhalb dieses Temperaturbereichs uneingeschränkt funktioniert“, so Dr. Liz-Marzán. „Mit diesem neuartigen Material konnten wir die Gewebetemperatur zuverlässig messen.“ Die Fördermittel im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen unterstützten nicht nur diese Entdeckung, sondern gaben jungen Forschern außerdem die Gelegenheit, ihre beruflichen Erfahrungen in unterschiedlichen Arbeitsumgebungen zu erweitern. „Chancen wie diese sind für Forscher sehr wichtig, um disziplinübergreifend Kontakte zu knüpfen“, so Dr. Liz-Marzán.
