Schnelles Nanoformen

Ein sehr vielseitiges Verfahren zur Herstellung von Nanopartikeln wurde nun verwendet, um Mehrzweck-Partikel zur Krebsbehandlung herzustellen. Laut Joseph DeSimone, Professor für Chemie und Verfahrenstechnik an der University of North Carolina in Chapel Hill und der North Carolina State University, der die Arbeit diese Woche auf der Konferenz der American Chemical Society in Atlanta präsentierte, hat die neue Synthesemethode potenzielle Anwendungen in Brennstoffzellen , Mikrofluidik und Impfstoffe.

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Der Prozess hat die Fähigkeit, Nanopartikel nahezu jeder Form oder chemischer Zusammensetzung zu erzeugen. Es ist sehr, sehr vielversprechend, sagt Shelton Earp, Direktor des Lineberger Comprehensive Cancer Center an der UNC. Experten des Krebszentrums beginnen jetzt mit lebenden Tierversuchen von Nanopartikeln, die mit der Methode hergestellt wurden. Die Partikel sollen aus dem Blutkreislauf entweichen und sowohl Medikamente als auch bildgebende Mittel direkt an Krebszellen abgeben, gesunde Zellen werden geschont. Eine solche gezielte Verabreichung könnte sowohl die Sicherheit als auch die Wirksamkeit von Krebsmedikamenten erheblich verbessern. Laut Earp werden innerhalb eines Jahres separate Studien zeigen, ob auf diese Weise hergestellte Partikel Haut- und Brustkrebs bei Mäusen sicher und effektiv bekämpfen können.



Forscher um DeSimone haben die Nanopartikel aus einem Polymer und einem Krebsmedikament wie Doxorubicin hergestellt und dabei 200 Nanometer große Partikel gebildet – etwa so groß wie manche Viren. Dann befestigten sie monoklonale Antikörper, die sich mit Proteinen verbinden, die in Krebszellen vorherrschen, und ermöglichten so eine gezielte Wirkstoffabgabe. An der Außenseite des Partikels können auch bildgebende Mittel angebracht werden, sodass Ärzte möglicherweise überwachen können, wohin das Medikament gelangt. Das Polymer, das das gleiche Material ist, das in bioresorbierbarem Nahtmaterial verwendet wird, sollte sich schließlich zersetzen und den Körper verlassen.

Mehrere andere Forschungsgruppen entwickeln und testen derzeit Nanopartikel für die Wirkstoffabgabe. Was diese Bemühungen auszeichnet, ist die vielseitige Formgebungsmethode, mit der die Partikel hergestellt werden, die laut Robert Langer, Professor für Chemieingenieurwesen am MIT, ziemlich beeindruckend ist. Die Methode ermöglicht es Forschern, sehr kleine und präzise kontrollierte Formen aus organischen Materialien herzustellen, einschließlich solcher, die für den Körper bekannt sind.

Wie bei jedem Formprozess beginnt die Methode von DeSimone mit einer Originalform, dem sogenannten Master, die jemand kopieren möchte. Um diese Form wird dann ein Material geformt – dies wird zur Form. Der Master wird entfernt und ein anderes Material eingebracht, das von der Form in eine Nachbildung der Originalform geformt wird. Das Herzstück dieser neuen Nano-Methode ist ein Material zur Herstellung von Formen namens Perfluorpolyether (PFPE), das als Flüssigkeit beginnt und die außergewöhnliche Fähigkeit hat, in jeden Winkel des Masters zu gleiten, ohne daran zu kleben. Anschließend wandeln die Forscher das Polymer durch Lichteinwirkung in einen flexiblen Festkörper um und entnehmen den Master – ein einfacher Schritt, denn die Form klebt nicht am Original und ist flexibel.

Als Vorlagen haben die Forscher beispielsweise Nanoröhren und Viruspartikel verwendet und mit einer Auflösung von bis zu einem halben Nanometer Kopien davon angefertigt. Für die Partikel zur Wirkstoffabgabe stellten sie mithilfe von Lithografietechniken den Master aus Silizium her und stellten eine Reihe von Scheibenformen auf einem Wafer her. Dann gossen sie PFPE über die Scheiben und härteten sie aus, um eine Form zu bilden. Um Repliken der Scheiben herzustellen, drückten sie die Form in eine andere Flüssigkeit, die auf eine ebene Fläche gegossen wurde. Diese Flüssigkeit füllte die Form und wurde dann ausgehärtet, um feste Repliken der Originalscheiben zu bilden. Die Verwendung von Lithographie ermöglicht die Kontrolle über Größe und Form, sagt DeSimone, mit der Präzision und Einheitlichkeit der Elektronikindustrie.

Larken Euliss, ein Chemiker an der UNC, der mit DeSimone zusammenarbeitet, sagt, dass jüngste Forschungen zeigen, dass Unterschiede in Größe und Form eine Rolle spielen, wenn es darum geht, Medikamente effektiv an Zellen zu bringen. Ihre Methoden könnten zu effektiveren Wirkstofftransportstrukturen führen, die heute eher kugelförmig sind. Ein zigarrenförmiges Partikel könnte zum Beispiel dünn genug sein, um durch die Wand eines Blutgefäßes zu entweichen und so einen Tumor zu erreichen, und seine lange Form würde es Forschern ermöglichen, mehr Medikamentenfracht zu laden.

Drug-Delivery-Partikel sind nur eine Anwendung. Zhilian Zhou, ein Forscher bei DeSimone, hat eine Brennstoffzelle mit deutlich höherer Leistung als aktuelle entwickelt, teilweise unter Verwendung des Formverfahrens, um eine Schlüsselmembran zu strukturieren.

Letztendlich möchte DeSimone die Fähigkeit der Synthesemethode nutzen, Kopien von Viren zu erstellen, um Notfallimpfstoffe herzustellen. Er konnte bereits Kopien von Viren erstellen, aber diese Kopien haben nicht die gleiche chemische Zusammensetzung wie Viren und werden daher nicht wie Viren mit Zellen verbunden. DeSimone sagt, es sollte jedoch möglich sein, aktive Moleküle in den Formprozess einzubauen und so künstliche Viren zu schaffen, die an Zellen binden und echte Viren daran hindern können. Und da die Viruskopien keine DNA hätten, seien sie nicht gefährlich, sagt er.

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