Peptidbeschichtungen verstärken Partikel auf Eisenoxidbasis für die diagnostische Magnetresonanzbildgebung 

Dank der A*STAR-Forscher, die biokompatible Eisenoxid-Nanopartikel-Kontrastmittel entwickelt haben¹, wird es einfacher sein, Krebs mit Hilfe der Magnetresonanztomographie (MRT) frühzeitig zu erkennen und zu diagnostizieren.

Während sich Verbindungen auf Gadoliniumbasis als Kontrastmittel zur Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses während der MRT bewährt haben, können sie Nebenwirkungen wie die nephrogene systemische Fibrose verursachen, die Patienten mit eingeschränkter Nierenfunktion betreffen können. Eisenoxid-Nanopartikel haben sich als risikoarme Alternative etabliert. In komplexen biologischen Umgebungen neigen diese Nanopartikel jedoch dazu, sich abzubauen, zu sammeln und an anderen Substanzen zu haften, was ihre magnetische Aktivität reduziert.

Um dieses Problem zu entschärfen, hat ein Team um David Paramelle vom A*STAR Institute of Materials Research and Engineering Peptidbeschichtungen entwickelt, die den Abbau und die Aggregation von Nanopartikeln verhindern und gleichzeitig die Biokompatibilität erleichtern. Diese Beschichtungen sind entscheidend für den Übergang von Kontrastmitteln auf Eisenoxidbasis in die klinische Anwendung.

Aufbauend auf ihrer umfangreichen Erfahrung mit peptidbeschichteten Silber- und Goldnanopartikeln haben die Forscher eine Bibliothek mit kurzen Peptiden aufgebaut und diese Verbindungen auf den Eisenoxid-Nanopartikeln abgeschieden, um verschiedene einschichtige Schichten herzustellen. Sie synthetisierten auch analoge Liganden, um jede Lücke zwischen Peptiden auf der Nanopartikeloberfläche zu schließen und Mischbeschichtungen zu erzeugen.

Jedes Peptid umfasste einen Stamm, der mit einem „Fuß“ und einem „Kopf“ an jedem Ende verbunden war. Während der Fuß das Peptid an den Nanopartikeln verankerte, stabilisierte der alkoholfunktionalisierte Kopf die Nanopartikel und stoppte unerwünschte Wechselwirkungen mit der Umwelt.

„Der knifflige Teil war es, einen Fuß mit hoher Bindungskraft zu finden“, erklärte Paramelle, denn die Eisenoxid-Nanopartikel zeigten trotz ihrer ähnlichen kugelförmigen Geometrie und Größe eine andere Chemie als Gold- und Silber-Nanopartikel.“

„Um die Peptide zu entwerfen, mussten wir zurück zum Reißbrett gehen“, sagt Paramelle und stellt fest, dass der Wechsel von Edelmetallen, die vorzugsweise an schwefelhaltige Moleküle binden, zu Eisenoxid das Spektrum der Funktionsgruppen, die als Fuß dienen, um Phosphate und Carbonsäuren erweitert hat.

Durch immer strengere Tests bewerteten die Forscher die Fähigkeit jedes Films, die Nanopartikel unter biologischen Bedingungen zu stabilisieren und gleichzeitig ihre magnetischen Eigenschaften zu erhalten. Sie entdeckten, dass Peptide und Liganden, die zwei Phosphatgruppen am Fuß tragen, am besten in Gegenwart von Leberkrebszellen abschneiden. Die peptidbeschichteten Nanopartikel übertrafen die kommerziell verfügbaren Kontrastmittel, ohne Zellen in vitro zu zerstören, und verbesserten den Kontrast zwischen tumorösem und gesundem Gewebe während der in vivo-MRT bei der Injektion in Mäuse mit Leberkrebs stark.

Paramelles Team untersucht Möglichkeiten, die Anwendung ihres Systems auf andere Krebsarten, insbesondere Brustkrebs, zu erweitern. „Wir wollen die Nanopartikel mit Antikörpern funktionalisieren und die Anzahl dieser Antikörper auf der Nanopartikeloberfläche kontrollieren“, sagt er.

Mehr Informationen:
Heng Li Chee et al. Biokompatible peptidbeschichtete ultrakleine superparamagnetische Eisenoxid-Nanopartikel für die in Vivo kontrastverstärkte Magnetresonanztomographie, ACS Nano (2018). DOI: 10.1021/acsnano.7b07572

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tekk.tv

Lange Zeit war Paul Florian in der TV-Branche tätig. Schon immer gab es eine Schublade voller Handys (und später Smartphones) in seiner Wohnung. Als Online-Redakteur hat der Nerd in ihm diese Schublade nun für Tekk geöffnet.

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