Detektivarbeit mit leuchtenden Nanoteilchen: Neues Verfahren für Grundlagenforschung und medizinische Diagnostik

Im Rahmen ihres Programms "Biowissenschaften, Genomik und Biotechnologie im Dienste der Gesundheit" stellt die Europäische Union Forschungsgelder für die Herstellung fluoreszierender und magnetischer Nanoteilchen für die Krankheitsdiagnostik zur Verfügung. Ein internationales Wissenschaftler-Konsortium unter der Leitung von Prof. Donna Arndt-Jovin am Max Planck Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen sieht vielfältige Anwendungsmöglichkeiten der Forschungsergebnisse, so zum Beispiel bei der Früherkennung von Brustkrebs. Ein neu entwickeltes Mikroskop soll dafür die Grundlagen schaffen.

n der medizinischen Diagnostik werden häufig Fluoreszenzfarbstoffe eingesetzt, mit deren Hilfe in Gewebeproben von Patienten gezielt nach Krankheitserregern oder -markern gefahndet wird. Das gesuchte Biomolekül, zum Beispiel ein Protein oder ein DNA-Abschnitt, wird mit einem spezifischen Antikörper, der einen Farbstoff trägt, aufgespürt und verkoppelt. Nach Anregung mit Licht einer bestimmten Wellenlänge bestimmt man die Konzentration des Biomoleküls aus der Intensität des Fluoreszenzsignals.

Bekannte Nachteile dieses Verfahrens sind die Überlagerung der Lichtsignale bei gleichzeitigem Einsatz unterschiedlicher Farbstoffe ("Multiplexanalysen") sowie die Ausbleichung konventioneller organischer Verbindungen. Seit einigen Jahren wird daher intensiv nach Alternativen zur klassischen Fluoreszenzmarkierung gesucht, etwa durch Entwicklung so genannter Nanodots, miniaturisierter Lichtquellen in der Größe von weniger als 10 Nanometer (1 nm = 1 milliardstel Meter), die durch kurze Lichtblitze zum Leuchten gebracht werden können. Die Nanodot-Methode ist multiplexfähig und so empfindlich, dass man einzelne Nanodots in lebenden Zellen erkennen kann. Die bisher vorwiegend aus Halbleitermaterialen hergestellten Nanodots sind allerdings stark gewebetoxisch und belasten die Umwelt.

Ein internationales Konsortium unter der Leitung von Prof. Donna Arndt-Jovin hat sich zum Ziel gesetzt, fluoreszierende und magnetische Nanopartikel für die medizinische Diagnostik zu entwickeln und mit einem neuartigen mikroskopischen Verfahren zu detektieren. Im Rahmen eines von der Europäischen Union geförderten Projekts (Kurzbezeichnung FLUOROMAG) sollen zunächst aus unterschiedlichen Edelmetallschichten bestehende Nanodots hergestellt und an Biomoleküle gekoppelt werden. Für die Mehrfach-Detektion verschiedener fluoreszierender Nanodots wird ein hochempfindliches programmierbares Mikroskop weiter entwickelt, mit dem die Lichtsignale dreidimensional und mit hoher Geschwindigkeit analysiert werden sollen. Das so genannte PAM (Programmable Array Microscope) beruht auf Entwicklungen der vergangenen zehn Jahre in der Abteilung Molekulare Biologie und ist vielseitig einsetzbar. Bereits jetzt kann das Mikroskop einzelne Nanoteilchen optisch auflösen und eignet sich ideal für Messungen an dicken Materialproben, z.B. Gewebeschnitten, die in der medizinischen Diagnostik anfallen. Anwendungsmöglichkeiten der Entwicklungsergebnisse sieht das Konsortium unter anderem in der Brustkrebs-Diagnostik und in der Erkennung von Hepatitis C und Dengue-Fieber.

FLUOROMAG wird am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie koordiniert und von der EU für drei Jahre mit insgesamt 2,5 Mio. Euro finanziert. Weitere Mitglieder des Konsortiums sind Vinod Subramaniam (Universität Twente, Niederlande), Arturo Lopez Quintela (Universität Santiago de Compostela, Spanien), Quentin Hanley (Universität Nottingham, Großbritannien) sowie Martin Thomas und Tatiana Lopez del Rio, Geschäftsführer der Firmen Cairn Research Ltd. (Kent, Großbritannien) bzw. Nanogap Sub-nm-powder SA (Santiago de Compostela, Spanien).

Quelle: idw / Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie (MPIBPC)