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Neue kostengünstigere Systeme für den Wirkstofftransport

Mit der Funktionalisierung von Nanopartikeln (NP), die reversibel an Liganden binden, ist der Weg für neue biomedizinische Anwendungen wie etwa Wirkstofftransport frei. Wissenschaftler entwickelten hierfür nun kostengünstige, inerte und ungiftige Silicatverbindungen.
Neue kostengünstigere Systeme für den Wirkstofftransport
Das EU-finanzierte Schulungsprojekt "Dynamic libraries for the synthesis of new multifunctional silica striped nanoparticles" (TRANSFORMERSURFACES) sollte die Möglichkeiten der Funktionalisierung drastisch erweitern und Toxizitätsrisiken ausräumen. Insbesondere wurde an neuen Oberflächeneigenschaften von Silicatnanopartikeln geforscht. Die Oberflächen bestehen aus molekular strukturierten (hauptsächlich gestreiften) Monoschichten, die reversibel für die Ligandenbindung funktionalisiert werden können.

Mittels dynamischer kombinatorischer Chemie wurden leistungsstarke Analysewerkzeuge generiert, so genannte dynamische kombinatorische Bibliotheken. Die Bestandteile lassen sich im Reagenzglas mischen, tauschen kontinuierlich Bausteine aus und können unerwartete Kombinationen ergeben.

Zuvor entwickelten die Partner gestreifte Goldnanopartikel, die durch Zellmembranen diffundieren, ohne Löcher zu hinterlassen (Poration) und damit das Risiko von Lecks und Zytotoxizität minimieren. Nun stellt der Ersatz von Gold- durch Silicatpartikel eine durchaus kostensenkende Alternative dar. Weiterhin ist Silicat transparent und besitzt keine eigenen photochemischen Eigenschaften, sodass beim Einsatz fluoreszierender Moleküle Interferenzen mit der Signalquelle vermieden werden. Schließlich ist Silicat inert und daher in hohem Maße biokompatibel.

Ein großer Teil der Forschungen war der Synthese dynamischer Bibliotheken und Analyse der Bindungsreversibilität gewidmet. Hierfür wurden Iminbindungen mit einer Kohlenstoff-Stickstoff-Doppelbindung eingesetzt.

Die Methoden, die für morphologische Analysen an selbstorganisierten Monoschichten auf Gold-NP eingesetzt werden, sind für Silicatnanopartikel ungeeignet. So versagt etwa Rastertunnelmikroskopie, weil Silicat nicht leitfähig ist. Rasterkraftmikroskopie hingegen war sehr aussagefähig.

Den Forschern wurden fünf Tage Bestrahlungszeit an der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) für die Materialcharakterisierung zur Verfügung gestellt. Außerdem wurden die Liganden auf der Oberfläche der funktionalisierten Silicat-NP mittels Kernspinresonanz analysiert. Für Reversibilitätsanalysen hydrolysierte das Team die Doppel-(Imin)Bindung und bestätigte die Präsenz der Moleküle auf der Oberfläche.

TRANSFORMERSURFACES erforschte die Mechanismen und Bedingungen bei der Assemblierung von Molekülen auf der Oberfläche von Silicat-NP für den künftigen Einsatz in biologischen Experimenten und schuf damit eine tragfähige Grundlage mit hohem Potential für künftige neuartige kostengünstigere und weniger toxische Wirkstofftransportsysteme.

Verwandte Informationen

Fachgebiete

Scientific Research

Schlüsselwörter

Nanopartikel, Wirkstofftransport, Silicat, gestreifte Nanopartikel, dynamische kombinatorische Chemie
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