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Eine neue Klasse von lichtempfindlichen Nanopartikeln könnte neue Ansätze für bildgebende Verfahren ermöglichen. Entwickelt wurde sie von einem Forschungsteam der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU). Die Teilchen absorbieren Lasterstrahlen, wandeln diese in Wärme um und verändern dabei ihre Struktur. Die Arbeit erschien im Fachjournal „Communications Chemistry“.
Bei den neu entwickelten Partikeln handelt es sich um sogenannte Single-Chain Nanoparticles (SCNP), die aus einzeln gefalteten Polymerketten bestehen. In diese haben die Wissenschaftler Moleküle des Kunststoffs Polypyrrol eingebettet, die Licht im nahen Infrarotbereich absorbieren und es in Wärme umwandeln. Durch Laserbestrahlung erhitzen sich die Nanopartikel nicht nur stark, sondern sie verändern auch ihre Struktur. „Unter Lichteinfluss ballt sich jedes einzelne Nanopartikel zu einer kugelförmigen Struktur mit einem Durchmesser von wenigen Nanometern zusammen. Das eröffnet die Möglichkeit, die Partikel gezielt an bestimmten Stellen im Körper zu konzentrieren – genau dort, wo das Licht ist“, sagt der Chemiker Prof. Dr. Wolfgang Binder von der MLU. Er leitete die Studie gemeinsam mit Dr. Justus Friedrich Thümmler, Prof. Dr. Karsten Mäder vom Institut für Pharmazie und Prof. Dr. Jan Laufer vom Institut für Physik.
Bemerkenswert ist die sogenannte Thermoresponsivität der SCNP: Ihre Struktur reagiert auf Temperaturveränderungen. Diese Eigenschaft basiert auf dem spezifischen molekularen Design der Teilchen, das auch dafür sorgt, dass sie sehr effizient Licht in Wärme umwandeln. Laborversuche haben gezeigt, dass schon ein schwacher Laserstrahl und relativ wenige Nanopartikel ausreichen, um lokal sehr hohe Temperaturen zu erzeugen – in Laborversuchen bis zu 85 Grad Celsius.
Bedeutsam ist dieser Effekt unter anderem für bildgebende Verfahren in der medizinischen Diagnostik: Durch die schnelle Erwärmung des Gewebes werden Schallwellen freigesetzt. Diese können mit Hilfe von photoakustischen Verfahren zur Bildgebung gemessen werden, aus denen sich 3D-Modelle vom Körperinneren erstellen lassen. Das Team hofft, dass die neu entwickelten Partikel in einigen Jahren in der Krebsdiagnostik helfen könnten, beispielsweise Tumoren und ihre Reaktionen auf Therapien durch photoakustische Bildgebung präziser sichtbar zu machen und verfolgen zu können.
Das Potenzial reicht aber noch weiter: „Wir wollen die Nanopartikel in Zukunft verwenden, um einen Wirkstoff gezielt in den Körper zu transportieren und dort durch Licht und Wärme zu aktivieren“, erklärt Binder. Die Teilchen könnten sich vielleicht sogar nutzen lassen, um Krebszellen durch Hitze lichtgesteuert abzutöten. Um das therapeutische Potenzial der neuen Teilchen auszuloten, sind jedoch noch weitere umfangreiche Studien nötig.
Die Arbeit wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert.
Studie: Thümmler J. F. et al. Photo-thermoresponsive polypyrrole-crosslinked single-chain nanoparticles for photothermal therapy. Communications Chemistry (2025). doi: 10.1038/s42004-025-01518-x
https://doi.org/10.1038/s42004-025-01518-x
Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars
Chemistry, Medicine, Physics / astronomy
transregional, national
Research results
German
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