Verbesserung fluoreszenzbasierter Methoden in der Medizin

Fluoreszierende Upconversion-Nanopartikel, die Licht im IR-Bereich absorbieren und in einem sichtbaren hochenergetischen Bereich emittieren, sind zunehmend von Interesse für die biomedizinische Bildgebung. Die Möglichkeiten der IR-Anregung sind vielfältig, da Infrarotstrahlung von Gewebe nicht absorbiert wird, sich die Eindringtiefe verbessert und Gewebeschäden vermieden werden. Die Funktionalisierung von Upconversion-Nanopartikeln durch IR-Anfregung bietet Möglichkeiten für die Aktivierung lichtempfindlicher Substanzen, etwa in der Krebstherapie.

Das EU-finanzierte Projekt "Novel luminescent upconversion nanoparticles for diagnostic and therapeutic nanomedicine" (LUNAMED) untersuchte daher das Potenzial innovativer Upconversion-Nanopartikel. Die Dotierung von Materialien mit Lanthanidionen steckt bislang noch in den Kinderschuhen. Um eine Bioaktivität der Nanopartikel zu erreichen, wurde ihre Oberfläche durch Bindung ausgewählter Moleküle funktionalisiert.

Die Wissenschaftler stellten Kompositnanopartikel her und funktionalisierten sie für therapeutische Anwendungen. Sie analysierten mehrere Arten der Funktionalisierung, um anschließend die Aufnahme in Krebszellen und gesunden Zellen zu vergleichen. Am Ende wurde ihre Eignung sowohl für die optische Bildgebung an Krebszellen wie auch die photodynamische Therapie demonstriert. Insbesondere induzierte die IR-Anregung die sichtbare Emission bei Nanopartikeln. Diese sichtbare Emission aktivierte den Photosensibilisator, der dann die Krebszellen in näherer Umgebung zerstörte.

LUNAMED ebnet damit den Weg für eine relativ neue Methode der Synthese von Upconversion-Nanopartikel, die durch IR-Anregung funktionalisiert werden können. Die IR-Sensitivität ermöglicht eine tiefere Gewebepenetration und minimiert Schäden an gesunden Zellen. Biomedizinische Anwendungen wären etwa ultra-sensitives Zell-Targeting, Bildgebung und Therapie, und die Ergebnisse wurden bereits für die Forschung veröffentlicht.