Nanodiamanten im Körper verfolgen

14.10.2014

Medikamente im Organismus gezielt dorthin bringen, wo sie gebraucht werden: Mit Nanodiamanten könnte das gelingen. Ein neues Verbundprojekt arbeitet daran, diese Idee weiter voranzubringen. Gefördert wird es von der Volkswagen-Stiftung.

Unterschiedliche Modifikationen des Diamantkristalls erlauben die Markierung von Nanodiamanten, um sie mit gängigen zellbiologischen und medizinischen bildgebenden Verfahren sichtbar zu machen. (Bild: Ruhr-Universität Bochum)

Auf Nanodiamanten ruhen große Hoffnungen: Die winzigen Kristalle aus reinem Kohlenstoff könnten zum Beispiel Medikamente zielgerichtet in einzelne Körperzellen transportieren und so Nebenwirkungen vermeiden helfen. Für diesen Zweck eignen sich Nanodiamanten offenbar sehr gut. Sie sind nach bisherigen Erkenntnissen ungiftig und rufen im Körper keine eigenen Wirkungen hervor.

Wie aber bewegen sich Nanodiamanten im Körper? Wie lange bleiben sie an welchen Orten? Wie werden sie wieder ausgeschieden? Um diese Fragen zu klären, muss die Wissenschaft Nanodiamanten mit den gängigen bildgebenden Methoden der Zellbiologie und der Medizin sichtbar machen können.

An diesem Ziel arbeitet ein Konsortium aus Physikern, Chemikern, Biochemikern und Medizinern aus Bochum, Herne, Leipzig, Ulm und Würzburg. Die Federführung liegt bei der Ruhr-Universität in Bochum; die Volkswagen-Stiftung fördert das Projekt mit 600.000 Euro. Von der Universität Würzburg ist Professorin Anke Krüger beteiligt, Nanodiamanten-Expertin am Institut für Organische Chemie.

Nanodiamanten im Organismus beobachten

Schon jetzt lassen sich Nanodiamanten unter dem Fluoreszenzmikroskop verfolgen. Dazu muss man ihre Kristalle mit so genannten Gitterdefekten ausstatten – das sind Stellen, an denen das normalerweise ausschließlich aus Kohlenstoffatomen bestehende Kristallgitter gar keine oder andere Atome enthält.

Mit der Fluoreszenzmikroskopie lässt sich das Verhalten von Nanodiamanten in Zellkulturen betrachten. Was genau mit den winzigen Partikeln dort passiert, soll in dem neuen Verbundprojekt im Detail erforscht werden. Ein weiteres Ziel liegt darin, das Gitter von Nanodiamanten so zu verändern, dass die Partikel auch mittels Magnetresonanztomographie (MRT) oder Einzelphotonen-Emissions-Computertomographie (SPECT) sichtbar werden.

Großer Vorteil: Markierung im Innern der Partikel

„Neben dem großen Vorteil der im Inneren befindlichen Markierung bieten Nanodiamanten eine reichhaltige Oberflächenchemie, die es ermöglicht, neben medizinischen Wirkstoffen auch andere Funktionseinheiten anzubinden, zum Beispiel für die gezielte Adressierung bestimmter Zelltypen“, erklärt die Würzburger Chemieprofessorin Krüger. Mit solchen Konstrukten ließen sich die Aufnahmewege der Nanodiamanten im Organismus langfristig und zuverlässig verfolgen. Möglicherweise könne man damit sogar die Wirkmechanismen aufklären.

Die Forschungsgruppe von Anke Krüger entwickelt neue Methoden zur Funktionalisierung der Oberfläche von Nanodiamanten. Außerdem befasst sie sich mit der Herstellung stabiler, biokompatibler Nanodiamant-Materialien, die auch in einer wässrigen Lösung verfügbar sind. Die Wissenschaftler vom Institut für Organische Chemie haben auch Methoden entwickelt, mit denen sich markierte und nicht-markierte Diamant-Nanopartikel herstellen lassen.

Quelle: Pressemitteilung der Ruhr-Universität Bochum