Auch wenn die Lösung nicht vom Himmel fällt, überrascht sie manchmal dennoch mit ihrer Herkunft. So haben Forschende des Adolphe Merkle Instituts (AMI) an der Universität Freiburg, in Zusammenarbeit mit Kollegen der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften (ZHAW) in Winterthur, eine neuartige Charakterisierungsmethode für Nanopartikel entwickelt, um deren Wirkung im Kampf gegen Krebs zu erhöhen. Bei der Methode handelt es sich um sogenanntes «NanoLockin», das bisher zur Qualitätskontrolle von Ersatzteilen für Flugzeuge diente.

Bei einer neuartigen Krebstherapie, der sogenannten magnetischen Hyperthermie, werden Eisenoxid Nanopartikel direkt in den zu behandelnden Tumor injiziert. Da die verwendeten Nanopartikel magnetisch sind, können sie von aussen durch ein Magnetfeld aufgeheizt werden und durch die erzeugte Hitze gezielt die Tumorzellen zerstören. Hyperthermie wird von Experten als mögliche vierte Säule der Krebsbehandlung neben Operation, Bestrahlung und Chemotherapie angesehen. Das Verfahren wird in der Europäischen Union bereits zugelassen und an der Berliner Charité erfolgreich praktiziert. Um jedoch die Wärmeeigenschaft der Nanopartikel bei der Hyperthermie zu nutzen, muss die Dosierung der angewendeten Nanopartikel optimal angepasst werden, was bis heute eine grosse Herausforderung darstellt.

Genau hier setzt die neu entwickelte Messmethode an. Die AMI-Wissenschaftler haben sich auf die Charakterisierung von Nanopartikeln spezialisiert und erforschten eine Methode zur Visualisierung des Verhaltens von Eisenoxidteilchen nach ihrer Erwärmung durch die Magnetspule. Da die kommerziell erhältlichen Messgeräte jedoch unbefriedigende Resultate geliefert hatten, beschloss das Team gemeinsam mit der ZHAW, die Lock-In-Thermographie zu verwenden, welche Ursprünglich für die Qualitätskontrolle von Flugzeugteilen entwickelt wurde.

Schneller, kontrollierter und effizienter
Das Team «NanoLockin» des AMI, bestehend aus Dr. Christoph Geers und Doktorandin Federica Crippa wird von Prof. Alke Fink, Co-Leiterin der Forschungsgruppe für BioNanomaterialien, geführt. Auf Basis der Doktorarbeit von Christophe Monnier und in Zusammenarbeit mit Dr. Mathias Bonmarin von der Ingenieurschule an der ZHAW haben die Forschenden die Methode «NanoLockin» entwickelt. Diese misst präzise die von den Nanopartikeln erzeugte Wärme, ohne einen direkten Kontakt zwischen der Messvorrichtung und der Probe. Dies ermöglicht es erstmals, die Nanopartikel direkt in Gewebeproben zu beobachten, was die Aussagekraft der Resultate für die Therapieanwendung erheblich erhöht. So kann beispielsweise in der Krebsbehandlung sichergestellt werden, dass die Konzentration der Nanoteilchen exakt auf das therapeutische Ziel angepasst ist. Dies erlaubt ein schnelleres Vorgehen bei der Behandlung und eine höhere Aussicht auf Erfolg zu geringeren Kosten.

Das Projekt wurde finanziell unter anderem von der Kommission für Technologie und Innovation des Bundes unterstützt.

• www.nanolockin.com
• Monnier et al., A lock-in-based method to examine the thermal signatures of magnetic nanoparticles in the liquid, solid and aggregated states, Nanoscale, 2016, 8, 13321
• SRF, Einstein, Januar 2016