Direkte Radiomarkierung von Nanomaterialien

Durch Positronen-Emissions-Tomographie lassen sich Verteilung und Anreicherung von radionuklidmarkierten Nanopartikeln in Tumorgewebe sehr gut nachweisen. Dabei wird das radioaktive Metall mit einem Anker, einem Chelator, an das Nanoteilchen gebunden. Forscher haben jetzt herausgefunden, dass diese chemische Verknüpfung entfallen kann, wenn man Nanographen verwendet. Nicht nur die Genauigkeit in der Bildgebung wird damit gesteigert, auch Fehlerquellen werden verringert.

Vielversprechende Substanzen

Nanopartikel gelten als besonders vielversprechend für die Biodiagnostik (z.B. beim Nachweis von kanzerogenem Gewebe) und die Biotherapie (z.B. bei der Zerstörung von Tumoren durch molekulare Reagenzien). Wegen des EPR-Effekts (erhöhte Permeabilität und Retention) reichern sie sich in Tumoren an und sie haben wegen ihrer langsameren Verstoffwechselung eine längere Verweildauer im Blutkreislauf. Normalerweise wird mittels eines Chelators (einer makrozyklischen Substanz) das für die Markierung genutzte Radionuklid an das Nanoteilchen angeheftet. Mittels der Positronen-Emissions-Tomographie (PET) werden die Anreicherungen der Marker im Körper lokalisiert.

Dabei stellen die Chelatoren selbst eine mögliche Fehlerquelle dar. Sie können vom Partikel abfallen oder die Eigenschaften des Nanopartikels verändern. An der Universität von Wisconsin-Madison suchten Weibo-Cai und seine Arbeitsgruppe nach einem Ersatz für den Chelator und wurden bei Nanographen fündig. Sie sind eine der vielversprechendsten Substanzen für die Nanotechnologie.

Interessante Alternativen

Durch die Bereitstellung von Elektronen kann das Elektronensystem von Nanographen Übergangmetallionen an sich binden. „π-Bindungen von Nanographen können das zusätzliche Elektron zur Verfügung stellen, um das 64Cu2+-Akzeptor-Ion stabil an die Graphenoberfläche zu binden", erklären die Autoren in ihrer Abhandlung. Das radioaktive Kupfer-64-Isotop konnte dadurch direkt an reduzierte und mit Polyethylenglycol (PEG) stabilisierte Graphenoxid-Nanopartikel gebunden werden. Die Wissenschaftler führten mit diesem System mehrere Bildgebungs-Tests durch, darunter auch den Nachweis von Tumoren in Mäusen.

Obwohl die Chelator-abhängige Radioniklidmarkierung noch als "Goldstandard" bei bildgebenden Verfahren in der Biomedizin gilt, könnte dieses Chelator-unabhängige, intrinsisch markierte System eine interessante Alternative bieten. Denn neben einer langen Zirkulation im Blut konnten die Wissenschaftler eine überragende Tumoraufnahme beobachten: „Die verlängerte Blutzirkulation von 64Cu-RGO-PEG [...] induzierte eine rasche und andauernde Aufnahme in den Tumor durch den EPR-Effekt." Außerdem konnte das radionuklidmarkierte Nanographen einfach durch Mischen und Aufheizen beider Komponenten gewonnen werden. (idw, red)