Echtzeitüberwachung lebender Zellen
Das Zellwachstum ist ein lebenswichtiger Prozess, der über Signalübertragungsmechanismen geregelt wird. Störungen dieser Prozesse können zu Tumorerkrankungen führen. Anomalien ergeben sich häufig aus Veränderungen der zellulären Signalgebung, an der Tyrosin-Kinasen, Wachstumsfaktoren oder Gene beteiligt sind, die den Zellzyklus regulieren. Die Echtzeitüberwachung biomolekularer Prozesse in lebenden Zellen liefert entscheidende Forschungsgrundlagen für die Biotechnologie, Zellbiologie, Nanomedizin und Neurowissenschaft. Aktuelle In-vitro-Methoden arbeiten dabei entweder mit Fluoreszenzfarbstoffen, deren Anwendungsbereich allerdings begrenzt ist, oder mit Reagenzien, die zum Teil hoch toxisch sind. So entwickelte das EU-finanzierte Forschungsprojekt DINAMO synthetische fluoreszierende Nanodiamantpartikel (fND) für nicht-invasive nanoskopische Echtzeitexperimente in lebenden Zellen. DINAMO erstellte Fertigungsstrecken für fND aus kommerziellen stickstoffbasierten synthetischen Diamanten. Anschließend wurde die Technologie auf Reproduzierbarkeit, Zuverlässigkeit und großtechnische Produktion getestet. Die Oberfläche von fND-Kolloiden wurde durch funktionelle Gruppen modifiziert, um bekannte Ziel- oder Sensormoleküle zu binden. Zur nanoskopischen Überwachung wurden Photonen-Mapping, Rasterkraft-Magnetometrie und fND-FRET-Erfassung und fND-MRT für neuartige Detektionsplattformen weiterentwickelt. Das Konsortium untersuchte, ob sich fND für zellbiologische Untersuchungen und nanomedizinische Anwendungen eignen. Hierfür wurden Zytotoxizität und Entzündungspotenzial von fND ermittelt, und inwieweit sich fND zur biologischen Überwachung in vivo und in vitro eignen. fND zeichnen sich durch geringe Toxizität aus und zeigten eine gute Toleranz bei lebenden Zellen und Mausmodellen. Anschließend erfolgten Tests zur Behandlung und Überwachung onkogener Transformationen bei verschiedenen Krebszellen sowie Gentherapien. Die Forschungsergebnisse von DINAMO sind von enormer Bedeutung, und einige Partner des Konsortiums entwickeln die Technik nun weiter. So kann zum Beispiel die nächste Generation von Nano-Carrier-Systemen zur gezielten Wirkstoffverabreichung vorangetrieben werden.
Schlüsselbegriffe
Biomolekulare Prozesse, Zellbiologie, Nanomedizin, fluoreszierende Nanodiamantpartikel, Stickstoff, DNA-Abgabe
