In der Medizin gibt es zahlreiche Anwendungsgebiete für Nanopartikel. So zum Beispiel die der magnetischen Nanopartikel zur Krebstherapie.
Nicht nur Zugvögel und Wildtiere orientieren sich mit Hilfe des Erdmagnetfeldes. Auch einige Bakterien tun es. Diese magnetotaktischen Bakterien leben im Schlamm von Gewässer. Um „oben“ von „unten“ zu unterscheiden und um zu den Wasserschichten mit den optimalen Lebensbedingungen zu gelangen, nutzen sie kettenförmige Magnetosomen.
Ein Magnetosom ist ein magnetisches Partikel in der Zelle eines Lebewesens. Die Magnetosomen sind etwa 50 Nanometer groß und bestehen aus Kristallen von Magnetit (Fe3O4). Zur Bildung der Mangetosomen nehmen die Mikroorganismen Eisen aus ihrer Umgebung auf. Damit das Bakterium zu einem Mangetfeldsensor werden kann, müssen die Magnetosomen in einer geraden Kette innerhalb der Zelle angeordnet sein. Dies geschieht entlang einer Zellskelett-Struktur, die von einer Membran umhüllt wird, damit die Nanopartikel nicht verklumpen. Die Kettenstruktur wirkt dann so wie eine Kompassnadel im schwachen Erdmagnetfeld. Mit Hilfe der Geißel bewegt sich das Bakterium dann im Schlamm fort. Die Polarität ist bei magnetotaktischen Bakterien auf der Nordhälfte der Erde so ausgerichtet, dass sie sich beim Schwimmen in Richtung auf den magnetischen Nordpol entlang der magnetischen Feldlinie bewegen. Wegen der Inklination des Erdmagnetfelds außerhalb der Äquatorregion, also dem Neigungswinkel des Erdmagnetfeldes zur Horizontalen, ist die Bewegung schräg nach unten gerichtet. Diese Abwärtsbewegung bewirkt, dass die Bakterien auf kurzem Weg in die Grenzschicht des Wassers dicht über dem Sediment gelangen. Hier vermischen sich Sediment und Wasser und hier finden die Mikroorganismen die für sie idealen sauerstoffarmen Bedingungen vor.
Medizinisches Potenzial von magnetischen Nanopartikel
Die Fähigkeit der magnetotaktischen Bakterien Nanopartikel in einer einheitlichen Form herzustellen, machen diese für die Wissenschaft interessant. Forscher nutzen die von den Nanopartikeln aufgenommene Energie, um diese in Wärme umzuwandeln. Mit Hilfe einer solchen Wärmebehandlung können beispielsweise Tumore zerstört werden. An der Berliner Charité wird die Mangetflüssigkeits-Hyperthermie eingesetzt. Dazu werden die magnetischen Nanopartikel durch Injektion direkt in das Krebsgeschwür eingebracht und von den Tumorzellen aufgenommen. Anschließend wird der Patient mit einem Magnetwechselfeld behandelt, wodurch die Nanoteilchen ständig ihre Richtung ändern und sich so erhitzen. Die Temperatur steigt auf 60 bis 70 Grad an und zerstört so die Krebszellen. Das gesunde Gewebe bleibt weitgehend unbeeinflusst.
Auch andere medizinische Anwendungen sind denkbar. So die Verwendung von länglichen, magnetischen Nanoteilchen als Kontrastmittel bei der Magnetresonanztomographie (MRT). Diese Nanopartikel würden sich durch spezifische Rezeptoren an Tumorzellen anheften. In der Bildgebung erscheinen sie dunkel und machen so den Ort des Tumors sichtbar.
Risiken von Nanopartikeln
Wegen ihrer geringen Größe sind Nanopartikel auch interessant für Medikamente, die im Gehirn wirken sollen. Viele Medikamente können nämlich die Blut-Hirn-Schranke nicht überwinden und gelangen so erst gar nicht zum gewünschten Wirkungsort – Nanopartikeln ist dies jedoch möglich. Doch hier liegen auch die Risiken der Nanostoffe, denn über mögliche (Spät-)Folgen ist bislang noch wenig bekannt. Denn sind die Nanoteilchen erst einmal im Körper, könnten sie auch unerwünschte Effekte haben. So ist es theoretisch möglich, dass sie in Zellen eindringen und dort Störungen verursachen.
Quellen:
- IDW: Bakterien bilden ihre eigene Navigationshilfe, 14.11.2013
- Charité Universitätsmedizin Berlin: Neue Behandlungsform durch Universitätsklinikum entwickelt
- Planet Wissen: Krebs - Nanotherapie
- Klaus Maria Hauff: Nanotherapie bei Hirntumoren