Röntgenfluoreszenz: Gold-Nanopartikel für den Menschen im Einsatz

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Mittels Röntgenfluoreszenz wollen Forscher bald Krebs früher erkennen sowie die Entwicklung und Kontrolle von Medikamenten verbessern.

Die sogenannte Röntgenfluoreszenz (XRF) beschreibt die Emission von charakteristischen Röntgenstrahlen von einem Material. Grundsätzlich kann eine Röntgenfluoreszenz-Analyse die elementare Zusammensetzung von verschiedenen Materialien bestimmen. Schließlich sollen Gold-Nanopartikel zukünftig ermöglichen, die Röntgenfluoreszenz medizinisch zur Krebserkennung einzusetzen .

 

Röntgenfluoreszenz – Gold-Nanopartikel im Einsatz in der Medizin

Nun berichtete ein Forschungsteam unter Leitung von Prof. Dr. Florian Grüner vom Fachbereich Physik der Universität Hamburg, dass ein Test der Röntgenfluoreszenz für den medizinischen Einsatz an der DESY Forschungslichtquelle PETRA III vielversprechend verlaufen ist. Deswegen sehen die Forscher in ihre Röntgenfluoreszenz-Methode eine vielversprechende Perspektive, um derartige Röntgenuntersuchungen nicht nur genauer, sondern auch schonender als mit bisherigen Verfahren durchführen zu können.

Die Idee hinter Röntgenfluoreszenz-Verfahren ist einfach: Winzige Gold-Nanopartikel werden mit Antikörpern gespickt. „Diese Nanoteilchen würde man einem Patienten injizieren“, erläutert Physikprofessor Grüner, der am Center for Free-Electron Laser Science (CFEL) arbeitet. Dies ist eine Kooperation der Universität Hamburg und des DESY sowie der Max-Planck-Gesellschaft. „Die Partikel wandern durch den Körper, wobei die Antikörper an eventuell vorhandenen Tumoren andocken.“

Wenn man Patienten dann mit einem haarfeinen Röntgenstrahl scannt, so fluoreszieren die Gold-Nanopartikel und senden charakteristische Röntgensignale aus,die von einem speziellen Detektor aufgenommen werden. Dadurch könnte man kleinste Tumore aufspüren, die sich mit den heutigen Methoden nicht finden lassen.

 

Zukünftig Röntgenfluoreszenz beim Menschen einsetzen

Wenngleich die Idee der Röntgenfluoreszenz bereits mehr als 30 Jahre alt ist, so konnte die Methode bislang noch nicht beim Menschen eingesetzt werden. Der Grund dafür war, dass die Röntgenstrahlung im Inneren des Körpers vielfach gestreut wird. Dadurch entsteht ein störender Untergrund, aus dem sich die eigentlichen Signale nur schwierig herauslesen lassen. Schließlich konnte nun ein Team von Prof. Grüner als erste Gruppe auf der Welt experimentell zeigen, wie man dieses Problem lösen kann.

Die Wissenschaftler durchleuchteten nun für ihren experimentellen Röntgenfluoreszenz-Test einen 30 Zentimeter dicken Kunststoffzylinder aus Polymethylmethacrylat (PMMA). Damit konnten sie die Bedingungen im menschlichen Gewebe simulieren. Schließlich bestätigten diese Messungen des Untergrunds die vorangegangenen Simulationsrechnungen.

Grundsätzlich müssen laut Prof. Grüner für eine klinische Anwendung die Möglichkeiten des Einsatzes der Gold-Nanopartikel bei der Diagnostik weiter erforscht werden. Weiters muss auch die Entwicklung von geeigneten Röntgenlichtquellen, die auch in ein Labor passen, vorangetrieben werden.

An der jetzt veröffentlichten Studie waren außer den Forscherinnen und Forschern der Universität Hamburg auch Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf und der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, des Sloan Kettering Institute in New York City und der Cornell University im US-Bundesstaat New York, des Helmholtz-Zentrums München und der University of Arizona in Tucson sowie vom Deutschen Elektronen-Synchrotron DESY beteiligt.


Originalarbeit:

F. Grüner, F. Blumendorf, O. Schmutzler, T. Staufer, M. Bradbury, U. Wiesner, T. Rosentreter, G. Loers, D. Lutz, B. Richter, M. Fischer, F. Schulz, S. Steiner, M. Warmer, A. Burkhardt, A. Meents, M. Kupinski, and C. Hoeschen. Localising functionalised gold-nanoparticles in murine spinal cords by X-ray fluorescence imaging and background-reduction through spatial filtering for human-sized objects. Scientific Reports 8, 16561 (2018). https://www.nature.com/articles/s41598-018-34925-3

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