Direkte Radiomarkierung von Nanomaterialien

Durch Positronen-Emissions-Tomographie lassen sich Verteilung und Anreicherung von radionuklidmarkierten Nanopartikeln in Tumorgewebe sehr gut nachweisen. Das radioaktive Metall wird dabei durch einen Anker, einen sogenannten Chelator, an das Nanoteilchen gebunden. Diese chemische Verknüpfung kann aber entfallen, wenn man Nanographen verwendet, berichten nun Wissenschaftler. Dadurch steigt die Genauigkeit in der Bildgebung, und Fehlerquellen werden verringert.

Nanopartikel gelten als besonders vielversprechend für die Biodiagnostik (zum Beispiel beim Nachweis von kanzerogenem Gewebe) und die Biotherapie (zum Beispiel bei der Zerstörung von Tumoren durch molekulare Reagenzien), denn wegen ihrer langsameren Verstoffwechslung haben sie eine längere Verweildauer im Blutkreislauf, und sie reichern sich in Tumoren wegen des EPR-Effekts (erhöhte Permeabilität und Retention) an. Das für die Markierung genutzte Radionuklid wird üblicherweise mit einem Chelator, einer makrozyklischen Substanz, an das Nanoteilchen angeheftet, und die Anreicherung des Markers wird durch Positronen-Emissions-Tomographie (PET) im Körper lokalisiert. Allerdings kann der Chelator vom Partikel abfallen oder die Eigenschaften des Nanopartikels verändern und somit selbst zu einer Fehlerquelle werden. Weibo Cai und seine Arbeitsgruppe an der Universität von Wisconsin-Madison, USA, suchen nach Ersatz für den Chelator und wurden bei Nanographen fündig, das eine der vielversprechnendsten Substanzen für die Nanotechnologie ist.

Das Elektronensystem von Nanographen ist so beschaffen, dass es durch Bereitstellung von Elektronen Übergangsmetallionen an sich binden kann. "π-Bindungen von Nanographen können das zusätzliche Elektron zur Verfügung stellen, um das ⁶⁴Cu²⁺-Akzeptor-Ion stabil an die Graphenoberfläche zu binden", erklärten die Autoren. Dadurch konnten die Wissenschaftler das radioaktive Kupfer-64-Isotop direkt an reduzierte und durch Polyethylenglycol (PEG) stabilisierte Graphenoxid-Nanopartikel binden. Mit diesem System führten sie mehrere Bildgebungs-Tests durch, unter anderem den Nachweis von Tumoren in Mäusen.

Nach der Injektion beobachteten die Wissenschaftler eine lange Zirkulation im Blut und eine überragende Tumoraufnahme. "Die verlängerte Blutzirkulation von ⁶⁴Cu-RGO-PEG [...] induzierte eine rasche und andauernde Aufnahme in den Tumor durch den EPR-Effekt", berichteten sie. Zudem ließ sich das radionuklidmarkierte Nanographen einfach durch Mischen und Aufheizen beider Komponenten gewinnen. Dieses einfache Chelator-unabhängige, intrinsisch markierte System könnte zur Chelator-abhängigen Radionuklidmarkierung eine interessante Alternative bieten. Letztere gilt noch als "Goldstandard" für die bildgebenden Verfahren in der Biomedizin.