Een team van wetenschappers van het Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), in samenwerking met onderzoekers van Monash University Australia, is erin geslaagd de stabiliteit en biocompatibiliteit van speciale lichttransducerende nanodeeltjes aanzienlijk te verhogen. Het team heeft de zogenaamde "upconverting" nanodeeltjes ontwikkeld die niet alleen infrarood licht omzetten in UV-zichtbaar licht, maar zijn ook in water oplosbaar, stabiel blijven in complexe lichaamsvloeistoffen zoals bloedserum, en kan worden gebruikt om medicijnen op te slaan. Ze hebben een hulpmiddel ontwikkeld dat de strijd tegen kanker mogelijk aanzienlijk effectiever kan maken. De onderzoekers publiceerden onlangs hun resultaten in het tijdschrift Angewandte Chemie .

Nanodeeltjes zijn kleine structuren, meestal kleiner dan 100 nanometer, wat ongeveer 500 tot 1000 keer kleiner is dan de dikte van een mensenhaar. Dergelijke materialen krijgen steeds meer aandacht voor biomedische toepassingen. Indien uitgerust met de juiste eigenschappen, ze kunnen via de bloedbaan bijna elk weefsel in het menselijk lichaam bereiken en veranderen in perfecte lichaamssondes.

Het is al enkele jaren bekend dat de verdeling van nanodeeltjes in het lichaam in wezen wordt bepaald door hun grootte en oppervlakte-eigenschappen. Dr. Tanmaya Joshi van HZDR's Institute for Radiopharmaceutical Cancer Research zegt:"Upconverting nanomaterialen zijn van groot belang voor biomedische beeldvorming." "Wanneer ze worden gestimuleerd met infraroodlicht, kunnen ze helderblauw uitzenden, groente, of rode seinen. Als we erin slagen om dergelijke nano-sondes naar zieke weefsels te navigeren, het kan bijzonder nuttig zijn voor de diagnose van kanker, " de fotochemicus van het team, Dr. Massimo Sgarzi, toegevoegd.

Echter, deze licht-upconverters zijn slecht oplosbaar in water of weefselvloeistoffen - een must-have-functie voordat diagnostisch of therapeutisch gebruik kan worden gedacht. Voor het HZDR-team was dit geen belemmering, maar eerder een uitdaging:"We gebruikten een uniek polymeermengsel om de deeltjes te bedekken, " zegt dr. Joshi, die in 2017 bij HZDR kwam van Monash University, als Humboldt-fellow. Door deze beschermhoes toe te voegen, worden de lichttransducerende nanodeeltjes biocompatibel. De bioloog Dr. Kristof Zarschler voegt hieraan toe:"De upconverters zijn nu in water oplosbaar en hebben zelfs een neutrale oppervlaktelading. Ons onderzoek toont aan dat deze nieuwe hoes bijna volledig kan voorkomen dat de lichaamseigen stoffen (aanwezig in het bloedserum) zich binden aan de deeltjes. Met andere woorden, de nanodeeltjes lijken nu een onzichtbaarheidsmantel te dragen. Dit, we geloven, zal helpen om hun herkenning en eliminatie door fagocyten van het immuunsysteem te voorkomen."

Om de nieuwe nano-sondes wekenlang stabiel te houden in een complexe biologische omgeving, de wetenschappers verbinden de componenten van de beschermende schaal fotochemisch met elkaar:"We hebben onze nanodeeltjes eenvoudigweg bestraald met UV-licht. Dit creëert extra bindingen tussen de moleculaire componenten die de beschermende hoes vormen - vergelijkbaar met het aan elkaar naaien van de afzonderlijke delen van de onzichtbaarheidsmantel met de hulp van licht, "legt de promovendus uit, Anne Nsubuga. Ze voegt er nog aan toe, "Deze schil is maar een paar nanometer dik, en kan zelfs worden gebruikt voor het verbergen van andere stoffen, bijvoorbeeld, kanker medicijnen, die later in de tumor zou kunnen worden vrijgegeven en vernietigd."

Na deze doorbraak, het team is nu van plan om hun huidige resultaten in levende organismen te valideren:"Hiervoor, we moeten eerst strikt gereguleerde en ethisch aanvaardbare experimenten op dieren uitvoeren. Alleen als onze stealth-cap-technologie hierop werkt zonder bijwerkingen, hun medisch potentieel zal in detail worden onderzocht en hun toepassing op de patiënten kan worden overwogen, " legt groepsleider dr. Holger Stephan voorzichtig uit.