Leuchtkugeln auf Wanderschaft

Nanopartikel spielen eine wesentliche Rolle bei der Entwicklung zukünftiger diagnostischer und therapeutischer Methoden für Tumorerkrankungen, beispielsweise als Transporter für Wirkstoffe oder als Kontrastmittel. Aufnahme und Verteilung von Nanopartikeln im Tumorgewebe hängen dabei stark von der Partikelgröße ab. Um dies systematisch untersuchen zu können, haben Wissenschaftler vom Massachusetts Institute of Technology (MIT, Cambrigde, USA) und der Harvard Medical School (Boston, USA) jetzt einen Satz fluoreszierender Nanopartikel verschiedener Durchmesser zwischen 10 und 150 nm hergestellt. Wie das Team um Moungi G. Bawendi und Daniel G. Nocera in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichtet, konnten sie damit die räumliche und zeitliche Verteilung verschieden großer Partikel simultan in Tumoren von Mäusen verfolgen.

Damit Nanopartikel-basierte biomedizinische Methoden klappen, müssen die Nanopartikel die optimale Größe haben. Zu Studienzwecken wäre es daher wünschenswert, das Verhalten verschieden großer Partikel im selben Tumor in vivo simultan zu verfolgen. Dazu werden chemisch vergleichbare Partikel in verschiedenen Größen benötigt, die innerhalb ihrer Gruppe einheitlich groß und gleich geformt sind. Die Partikel müssen sich zudem simultan nachweisen und unterscheiden lassen. Sie müssen dabei biokompatibel sein, dürfen nicht miteinander verklumpen oder Proteine adsorbieren. Eine große Herausforderung, die nun gemeistert wurde.

Die Forscher haben einen Satz Nanopartikel in verschiedenen Größen entwickelt, deren Detektion über fluoreszierende Quantenpunkte erfolgt. Quantenpunkte sind Halbleiter-Strukturen an der Schwelle zwischen makroskopischen Festkörpern und der quantenmechanischen Nanowelt. Über die Wahl ihrer Größe lassen sich gezielt Quantenpunkte herstellen, die bei verschiedenen Wellenlängen fluoreszieren – und sich auf diese Weise simultan detektieren und unterscheiden lassen.

Um Nanopartikel unterschiedlicher Größen herzustellen, beschichteten die Wissenschaftler Cadmiumselenid/Cadmiumsulfid-Quantenpunkte mit polymeren Liganden bzw. mit Siliciumdioxid und Polyethylenglycol. Partikel oberhalb 100 nm Durchmesser erzielten sie, indem sie die Quantenpunkte an vorgefertigte Siliciumdioxid-Partikel knüpften und ebenfalls mit Polyethylenglycol beschichteten. Für jede Größenklasse wurden Quantenpunkte gewählt, die Licht einer anderen Wellenlänge abstrahlen.

Die Forscher injizierten krebskranken Mäusen intravenös eine Mischung aus Partikeln mit 12, 60 und 125 nm Durchmesser. Fluoreszenzmikroskopisch wurde das Eindringen ins Tumorgewebe in vivo verfolgt. Während die 12-nm-Partikel leicht von den Blutgefäßen ins Gewebe übertraten und sich dort rasch verteilten, gelangten die 60-nm-Partikel zwar durch die Wand der Adern, blieben dann aber in einem Abstand von 10 µm um die Gefäßwand und drangen nicht weiter ins Gewebe ein. Die 125-nm-Partikel überwanden die Gefäßwände dagegen so gut wie gar nicht.