Oszillierende Nanopartikel zur Krebsbehandlung
Materialien oder Partikel in Nanogröße und ihre Formulierungen wurden für verschiedene industrielle, biotechnische und biomedizinische Anwendungen ausgiebig erforscht. Magnetische Nanopartikel aus Eisen, Kobalt, Nickel und ihren Legierungen sind besonders interessant, da sie nicht nur klein sind, sondern auch eine große Oberfläche aufweisen, sich zur Oberflächenfunktionalisierung und für Superparamagnetismus eignen. Daher werden sie für die gezielte Verabreichung von Arzneimitteln und therapeutischen Wirkstoffen, die diagnostische Bildgebung, die Gewebetechnik und verschiedene Biosensoranwendungen eingesetzt.
Magnetische Nanopartikel zur Krebsfrüherkennung
Ziel des mit Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen durchgeführten Projekts MAGNAMED war es, eine neue Art von magnetischen Nanopartikeln zu entwickeln, um zur Krebsfrüherkennung beizutragen. In vielen Fällen erfolgt die Krebsdiagnose für eine wirksame Behandlung zu spät. Die magnetischen Nanopartikel namens MAGNAMED mit einer speziellen Funktionalisierung sollen den Nachweis von Tumor-Biomarkern verbessern. „Unsere scheibenförmigen Nanopartikel bestehen aus rein magnetischen Materialien, die die Nachweisgrenze magnetischer Biosensoren erweitern und damit die Krebsfrüherkennung verstärken können“, erklärt Hauptforscher Rafael Morales. MAGNAMED-Nanopartikel wurden in einer besonderen Konfiguration konzipiert und hergestellt, die als Wirbelzustand bekannt ist. Dies bezieht sich auf eine spezielle kreisförmige Anordnung der winzigen magnetischen Domänen in den Nanopartikeln, die einem Strudel ähnelt und zusätzliche Stabilität verleiht. Nanopartikel mit einem Durchmesser von 0,2 bis 4 μm wurden mithilfe von Lithographietechniken hergestellt und erfolgreich in ultrasensiblen Biosensoren zum Nachweis von Tumor-Biomarkern eingesetzt.
Krebstherapie mit magnetischen Nanopartikeln
Die derzeitigen Krebsbehandlungen wie Chirurgie, Strahlen- und Chemotherapie verursachen starke Nebenwirkungen. Magnetische Nanopartikel gelten in Kombination mit externen Magneten als vielversprechende Alternative zur Abtötung von Krebszellen durch Hitze (Hyperthermie). Die scheibenförmige Geometrie der MAGNAMED-Nanopartikel verleiht ihnen eine oszillierende Bewegung beim Anlegen von wechselnden Magnetfeldern. Wenn diese Partikel von Krebszellen aufgenommen werden, führt diese Oszillation in vitro zum Tod von 40 % der Krebszellen, womit das therapeutische Potenzial dieser innovativen Verfahren bestätigt wird. Weitere Untersuchungen zur Internalisierung der Nanopartikel in mehreren Hautkrebszelllinien in vitro verdeutlichten, dass die Krebszellen alle Partikel unabhängig von ihrer Größe verinnerlichen. Im Gegensatz dazu nahmen gesunde Hautzellen die kleinen Partikel kaum auf, was darauf hindeutet, dass magnetische Nanopartikel selektiv und gezielt auf Krebszellen ausgerichtet sind und gesundes Gewebe verschonen. „Unser Plan ist es, die Effizienz der Technologie zu erhöhen und sie auf In-vivo-Modelle wie Mäuse und Organoide auszuweiten“, kommentiert Morales. Die magnetischen Nanopartikel von MAGNAMED eröffnen neue Möglichkeiten für die Krebstherapie, da sie im Vergleich zur Hyperthermie weniger Technik und schwache Magnetfelder erfordern.
Neurostimulation mit Nanopartikeln
Interessanterweise konnten die Forschenden nachweisen, dass die hergestellten scheibenförmigen Nanopartikel auch mechanosensitive Ionenkanäle auf Neuronen aktivieren und eine lang anhaltende neuronale Stimulation verursachen können. Die nicht-invasive Manipulation von Zellen ist bedeutsam für die neurowissenschaftliche Grundlagenforschung, aber auch für die Therapie von neurologischen Erkrankungen. Die MAGNAMED-Ergebnisse ebnen neue Wege für die kontrollierte, aber nicht-invasive Stimulierung biologischer Signalübertragung mithilfe von Magnetfeldern und magnetischen Nanopartikeln. Außerdem wird im Rahmen des Projekts eine neue Technologie für die nicht-invasive Neuromodulation zur Behandlung verschiedener neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen wie Epilepsie und Alzheimer eingeführt.
Schlüsselbegriffe
MAGNAMED, magnetische Nanopartikel, Krebsbehandlung, Krebsdiagnose, Magnetfeld, neuronale Stimulation
