Nanopartikel sorgen für scharfe Bilder in der Medizin

Im Bereich der Lebenswissenschaften stünde die Nanotechnologie noch ganz am Anfang, erläuterte der wissenschaftliche Leiter des CAN, Prof. Horst Weller. Das sei ein Grund gewesen, sich in der Hansestadt auf diesen Bereich zu konzentrieren. „Wir wollen nicht den anderen hinterherlaufen“, sagte Weller. Rund 9,5 Millionen Euro hat der Senat der Hansestadt für den Aufbau des Anwenderzentrums zur Verfügung gestellt, das dazu beitragen soll, Forschungserkenntnisse schneller in neue Produkte umzusetzen. Hamburg betreibt das CAN in einem Public-Private-Partnership-Modell in enger Kooperation mit Unternehmen, die zu diesem Zweck einen Trägerverein gegründet haben. Der CAN-Unterhalt soll aus Forschungsaufträgen finanziert werden.

Große Potenziale in der Nanotechnologie hatte eine im Jahr 2004 von den Innovationsstiftungen Hamburg und Schleswig-Holstein in Auftrag gegebene Studie dem Norden Deutschlands bescheinigt: Hamburg im Teilbereich Nanobiotech, Schleswig-Holstein bei Werkstoffen und Beschichtungen. Als Reaktion auf die Studie hat die Innovationsstiftung Schleswig-Holstein (ISH) NINa ins Leben gerufen, die Norddeutsche Initiative Nanomaterialien. Am Institut für Physikalische Chemie der Hamburger Universität ist das CAN entstanden.

NINa trifft sich im CAN – das war jetzt also fast wie ein Geschwistertreffen. „Beide haben gemeinsame Wurzeln“, sagte Weller – und beide könnten stark voneinander profitieren: „Die chemischen Konzepte zur Umsetzung funktionaler Nanomaterialien sind identisch mit denen, die zum Einsatz von Nanostrukturen im Bereich der Lebenswissenschaften benötigt werden.“

Professor Weller und sein Team erforschen unter anderem die Nanopartikel-Synthese – also Möglichkeiten, mit Hilfe verschiedener Verfahren nur wenige Nanometer große Partikel herzustellen, die ganz bestimmte Eigenschaften aufweisen. Ein Nanometer entspricht einem Millionstel Millimeter. Zum Vergleich: Der Durchmesser eines menschlichen Haares beträgt etwa 50.000 Nanometer. Durch eine solche Miniaturisierung können zum Beispiel Quanteneffekte entstehen, die die gesamte elektronische Struktur des Materials verändern. Die Nanoteilchen könnten zum Beispiel in der medizinischen Diagnostik zum Einsatz kommen – etwa als Marker, um dabei zu helfen, Erkrankungen des Herz-Kreislaufsystems oder Tumorzellen zu entdecken, oder zur kontrollierten Freisetzung von Arzneimittelwirkstoffen – genau dort, wo eine Erkrankung ihren Herd hat.

So ist es Hamburger Wissenschaftlern der Philips-Forschung gelungen, mit Hilfe von Nanopartikeln ein neues, bildgebendes Diagnoseverfahren für die Medizin zu entwickeln, das mit sehr guter räumlicher Auflösung präzise Einblicke in den Körper erlauben soll. Nach Einschätzung von Dr. Jörn Borgert von Philips Research Europe hat das bereits im Wissenschaftsmagazin „Nature“ vorgestellte Prinzip das Potenzial, neben üblichen Verfahren wie Röntgen und Magnetresonanztomographie weit verbreitet zum Einsatz zu kommen. Dazu müsse die Methode, deren Wirksamkeit die Philips-Forscher im Labor nachwiesen, jedoch noch weiter entwickelt werden.

„Magnetic particle imaging“, kurz MPI, heißt das Verfahren, das zwar ebenso wie die Magnetresonanztomographie magnetische Felder nutzt. Während im Magnetresonanztomographen aber die Wasserstoffatome im Körper des Patienten selbst magnetisiert werden, lassen sich mit Hilfe von MPI räumliche Aufnahmen dadurch erzeugen, dass die Magnetisierung winziger Partikel – die Forscher verwendeten Eisenoxid – gemessen wird. Diese Partikel könnten als Kontrastmittel zum Beispiel in der Blutbahn eines Patienten eingesetzt werden. Dazu müssen die Nanoteilchen in eine bioverträgliche Hülle gebracht werden.

„MPI ist eine Methode, um die lokale Konzentration von magnetischen Nanopartikeln aufgrund ihrer nicht-linearen Magnetisierungseigenschaften zu bestimmen“, sagt Borgert. Die Methode sei äußerst schnell und besitze eine 1000-fach höhere Sensitivität als die Magnetresonanztomographie. Sie weckt die Hoffung, dass künftig relativ kleine und günstige Geräte für hoch auflösende Bilder aus dem Inneren des Körpers gebaut werden können. „Für MPI benötigen wir Partikel, die schnell auf ein externes Magnetfeld reagieren und bei geringen Feldstärken die gewünschte Sättigung erzeugen“, sagt Borgert. Solche kleinen Helfer könnten – wenn es nach den Hoffnungen der Forscher geht – nicht nur in der Medizin, sondern auch in anderen Bereichen eingesetzt werden, zum Beispiel beim Aufspüren feinster Risse in Materialien.