Ett team av forskare från Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), i samarbete med forskare från Monash University Australia, har lyckats avsevärt öka stabiliteten och biokompatibiliteten hos speciella ljustransducerande nanopartiklar. Teamet har utvecklat de så kallade "uppkonverterande" nanopartiklarna som inte bara omvandlar infrarött ljus till UV-synligt ljus, men är också vattenlösliga, förbli stabil i komplexa kroppsvätskor som blodserum, och kan användas för att lagra mediciner. De har skapat ett verktyg som potentiellt skulle kunna göra kampen mot cancer betydligt effektivare. Forskarna publicerade nyligen sina resultat i tidskriften Angewandte Chemie .

Nanopartiklar är små strukturer, vanligtvis mindre än 100 nanometer i storlek, vilket är cirka 500 till 1000 gånger mindre än tjockleken på ett människohår. Sådana material får allt större uppmärksamhet för biomedicinska tillämpningar. Om utrustad med lämpliga egenskaper, de kan nå nästan vilken vävnad som helst i människokroppen via blodomloppet – förvandlas till perfekta kroppssonder.

Det har varit känt i några år att fördelningen av nanopartiklar i kroppen i huvudsak bestäms av deras storlek och ytegenskaper. Dr Tanmaya Joshi vid HZDRs Institute for Radiopharmaceutical Cancer Research säger, "Uppkonverterande nanomaterial är av stort intresse för biomedicinsk avbildning." "När de stimuleras med infrarött ljus kan de sända ut ljusblått, grön, eller röda signaler. Om vi ​​lyckas navigera sådana nanosonder till sjuka vävnader, det kan vara särskilt användbart för cancerdiagnos, "lagets fotokemist, Dr Massimo Sgarzi, Lagt till.

Dock, dessa ljusuppkonverterare visar dålig löslighet i vatten eller vävnadsvätskor – en måste-ha-funktion innan någon diagnostisk eller terapeutisk användning kan tänkas. För HZDR-teamet var detta inte ett hinder, utan snarare en utmaning:"Vi använde en unik polymerblandning för att täcka partiklarna, " säger Dr Joshi, som gick med i HZDR 2017 från Monash University, som Humboldt-stipendiat. Att lägga till detta skyddande hölje gör de ljustransducerande nanopartiklarna biokompatibla. Biologen Dr Kristof Zarschler tillägger:"Uppkonverterarna är nu vattenlösliga och har till och med en neutral ytladdning. Vår forskning visar att detta nya hölje nästan helt kan förhindra kroppens egna ämnen (som finns i blodserumet) från att binda till partiklar, med andra ord, nanopartiklarna verkar nu bära en osynlighetsmantel. Detta, vi tror, kommer att hjälpa till att undvika deras igenkänning och eliminering av fagocyter i immunsystemet."

För att hålla de nya nanosonderna stabila i veckor i en komplex biologisk miljö, forskarna kopplar fotokemiskt samman komponenterna i det skyddande skalet med varandra:"Vi bestrålade helt enkelt våra nanopartiklar med UV-ljus. Detta skapar ytterligare bindningar mellan de molekylära komponenterna som utgör det skyddande höljet - ungefär likadant att sy ihop de enskilda delarna av osynlighetsmanteln med hjälp av ljus, "förklarar doktoranden, Anne Nsubuga. Hon tillägger vidare, "Det här skalet är bara några nanometer tjockt, och kan till och med användas för att dölja andra ämnen, till exempel, cancerläkemedel, som senare kan släppas ut i tumören och förstöra den."

Efter detta genombrott, teamet avser nu att validera sina nuvarande resultat i levande organismer:"För detta, vi måste först utföra strikt reglerade och etiskt godtagbara försök på djur. Endast när vår stealth-cap-teknologi fungerar på dessa utan några biverkningar, deras medicinska potential kommer att undersökas i detalj och deras tillämpning på patienterna kan övervägas, " förklarar gruppledaren Dr. Holger Stephan försiktigt.