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Posted: Jan 14, 2011

Nano-Leuchtkugeln auf Wanderschaft

(Nanowerk News) 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 ("A Nanoparticle Size Series for In Vivo Fluorescence Imaging") berichtet, konnten sie damit die räumliche und zeitliche Verteilung verschieden grosser Partikel simultan in Tumoren von Mäusen verfolgen.
SEM images of nanoparticles fabricated for SERS by electron-beam lithography
A nanoparticle toolset was created within the size limits of 10-150 nm for probing size-dependent nanoparticle distribution in solid tumors. By using multiphoton intravital microscopy, the particles were tracked both spatially and temporally in the same tumor grown in a transparent window model
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.
Source: Angewandte Chemie
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