Theranostik
Magnetische Nanopartikel finden Anwendung in zahlreichen biomedizinischen Anwendungen wie z.B. zielgerichteter Medikamententransport im Körper, als Kontrastmittel bei der Magnetresonanztomografie oder in der Krebsbehandlung durch Hyperthermie. Für all diese Anwendungen müssen die Nanopartikel stabil und biokompatibel sein - wie die Ferrit-Nanopartikel, die wir untersuchen.
Diese Internetseite befindet sich noch im Aufbau. In Kürze wird es mehr Details zu den Themen Kontrastmittel und Hyperthermie geben.
HyperthermieBereich öffnenBereich schließen
Die Krebsbehandlung mittels Hyperthermie wurde bereits erfolgreich für funktionalisierte Fe-Oxid-Nanopartikel getestet und ist in der EU für die Behandlung von Hirntumoren zugelassen. Die Eisenoxid-Nanopartikel – γ-Fe2O3 (Maghemit) oder Fe3O4 (Magnetit) – können ähnlich wie bei einer Biopsie direkt in einen Tumor injiziert, in die arterielle Versorgung des Tumorgewebes injiziert und/oder durch eine geeignete Antikörperkonjugation an den Tumorstellen angereichert werden. Letzteres ist vorteilhaft, wenn die Hyperthermiebehandlung wiederholt werden muss, während die direkte Injektion in der Regel mit einer höheren lokalen Konzentration der Nanopartikel verbunden ist.
Durch Anlegen eines magnetischen Wechselfeldes erzeugen die Partikel Wärme, die die umgebenden Krebszellen zerstören oder Chemotherapien unterstützen kann, bei denen bereits eine moderate Gewebeerwärmung zu einer effektiveren Zellzerstörung führt.
Ausgewählte Publikationen
Magnetische KontrastmittelBereich öffnenBereich schließen
Die Magnetresonanztomographie (MRT) basiert auf der Kernspinresonanz (NMR), die die resonante Absorption eines senkrecht zu einem statischen Magnetfeld angelegten magnetischen Wechselfeldes beschreibt. Eine resonante Absorption tritt auf, wenn die Frequenz des magnetischen Wechselfeldes der Larmor-Präzessionsfrequenz der Kernspinmomente entspricht. Für die MRT wird in der Regel die NMR von Wasserstoffkernen, d. h. Protonen, verwendet, da Wasserstoff in allen biologischen Geweben vorhanden ist.
Der Makrospin der Nanopartikel ist mit einem großen magnetischen Streufeld verbunden, das die Relaxationszeit der Protonen in der unmittelbaren Umgebung verändert. Im Allgemeinen gibt es drei verschiedene Relaxationszeiten: T1, T2 und T2*. Die longitudinale Relaxationszeit T1 ist die Zeitkonstante für die Relaxation der Kernspinmagnetisierungskomponente entlang der Richtung des externen Magnetfeldes zu ihrem thermischen Gleichgewichtswert. Sie wird gemeinhin als Spin-Gitter-Relaxation bezeichnet, da sie den Energieaustausch mit der Umgebung (Gitter) beinhaltet. Die transversale Relaxationszeit T2 ist die Zeitkonstante für die Magnetisierungskomponente senkrecht zum externen Feld und entspricht einer Phasendekohärenz der transversalen Kernspinmagnetisierung. Da T2 nur von der Dynamik der Kernspins beeinflusst wird, wird es als Spin-Spin-Relaxationszeit bezeichnet.
Magnetfeldinhomogenitäten führen zu einer Verteilung der Resonanzfrequenzen, was ebenfalls zu einer Phasenverschiebung der Kernspins führt. Diese Zeitkonstante wird mit T2* bezeichnet. Die Verwendung magnetischer Nanopartikel als Kontrastmittel beeinflusst indirekt die T2- und T2*-Relaxation. Dies führt zu einem höheren Kontrast in der Spin-Echo-MRT, die als Methode zur Visualisierung des transversalen Relaxationsverhaltens verwendet wird.
Neben der Biokompatibilität ist ein hohes magnetisches Nettomoment der Nanopartikel eine wichtige Voraussetzung für einen hohen MRT-Kontrast. Daher werden beispielsweise Magnetit (Fe3O4)-Nanopartikel gegenüber Maghämit (γ-Fe2O3) als Kontrastmittel bevorzugt.