Goldnanopartikel zeigen Änderung von Stoffkonzentrationen an

Goldnanopartikel in einem porösen Hydrogel werden als medizinische Sensoren unter die Haut implantiert. Sie wirken wie ein Tattoo, das Konzentrationsänderungen eines Arzneistoffs im Blut durch einen Farbwechsel anzeigt. /Nanobiotechnologie-Gruppe, Department Chemie

Mainz – Ein Forschungsteam der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) um Carsten Sönnichsen hat einen neuartigen implantierbaren Sensor entwickelt, der mehrere Monate im Körper verwendet wer­den kann. Grundlage sind farbstabile Goldnanopartikel, die mit Rezeptoren für bestimmte Moleküle versehen wer­den.

Eingebettet in eine Art künstliches Gewebe aus Polymeren wird das Nanogold unter die Haut im­plan­tiert, wo es als Reaktion auf Konzentrationsänderungen eines Arzneistoffes die Farbe wechselt. Die Wis­senschaftler beschreiben das Verfahren in Nano Letters (2021; DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c00887).

Goldnanopartikel wirken wie Antennen für Licht: Sie streuen und absorbieren es und sind deswegen farbig. Auf Änderungen in ihrer Umgebung reagieren sie mit Farbänderungen. Dieses Konzept hat sich das Forschungsteam um Sönnichsen zunutze gemacht.

Allerdings dürfen die winzigen Nanopartikel im Körper nicht einfach wegschwimmen oder von Immun­zellen abtransportiert werden. Die Forscher haben sie daher in ein poröses Hydrogel mit gewebeähnli­cher Konsistenz eingebettet. Unter die Haut implantiert wachsen kleine Blutgefäße und Zellen in die Poren ein. Das Implantat wird so in das Gewebe integriert.

„Unseren Sensor kann man sich wie ein unsichtbares Tattoo vorstellen, nicht viel größer als ein Cent-Stück und dünner als ein Millimeter“, erläuterte Sönnichsen. Die Farbumschläge der Partikel lassen sich mit einem speziellen Messgerät nicht-invasiv durch die Haut sichtbar machen.

Die Wissenschaftler haben das Konzept im Tiermodell nach Verabreichung verschiedener Dosen eines Antibiotikums getestet: Über die Blutbahn werden die Arzneistoffmoleküle zum Implantat transportiert. Dort induzieren sie die Farbänderung, sobald sie von spezifischen Rezeptoren auf der Oberfläche der Goldnanopartikel gebunden werden.

„Von farbigen Objekten sind wir es gewohnt, dass sie mit der Zeit ausbleichen. Bei Goldnanopartikeln passiert das nicht, sie behalten dauerhaft ihre Farbe. Weil sie relativ einfach mit verschiedenen Rezepto­ren beschichtet werden können, eignen sie sich sehr gut als Plattform für implantierbare Sensoren“, er­läutert die Erstautorin der Studie, Katharina Käfer. © hil/aerzteblatt.de