Magnetische Nanopartikel könnten bald in bildgebenden Diagnoseverfahren eingesetzt werden. Jetzt ist es Forschern gelungen, eine gute Verträglichkeit auch bei höheren Partikel-Konzentrationen nachzuweisen.
Magnetische Nanopartikel aus Bakterien könnten schon bald eine bedeutende Rolle in der Biomedizin oder Biotechnologie einnehmen. Forscher der Universität Bayreuth haben jetzt ein Verfahren entwickelt und optimiert, mit dem die Partikel aus Bakterien isoliert und von Zellrückständen gereinigt werden können. Kulturen menschlicher Zellen weisen in ersten Laborversuchen eine gute Verträglichkeit mit diesen Nanopartikeln auf.
Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Acta Biomaterialia vorgestellt. Sie könnten ein wichtiger Schritt auf dem Weg zu biomedizinischen Anwendungen sein, beispielsweise in bildgebenden Diagnoseverfahren oder beim zielgerichteten Transport von Wirkstoffen in den Organismus.
Magnetbakterien der Spezies Magnetospirillum gryphiswaldense produzieren in ihren Zellen magnetische Nanopartikel, sogenannte Magnetosomen. Diese sind ähnlich einer Perlenschnur kettenförmig angeordnet. Sie bilden dadurch eine Art magnetische Kompass-Nadel, mit der sich die Bakterien entlang des Erdmagnetfelds fortbewegen können.
Aus Bakterien isolierte Magnetosomen, Bild: René Uebe
Im Unterschied zu chemisch hergestellten Nanopartikeln besitzen Magnetosomen eine auffällig einheitliche Form und Größe von etwa 40 Nanometern, eine perfekte Kristallstruktur und in biomedizinischer Hinsicht vielversprechende magnetische Eigenschaften. Zudem sind sie von einer Biomembran umgeben, die je nach Bedarf mit zusätzlichen biochemischen Funktionen ausgestattet werden kann. Von daher erscheint es sehr attraktiv, diese Partikel für den Transport medizinischer Wirkstoffe im Organismus oder für bildgebende Diagnostikverfahren einzusetzen.
Für derartige Anwendungen hat ein interdisziplinäres Forschungsteam der Universität Bayreuth nun erstmals notwendige Qualitätskriterien definiert. Dazu zählen insbesondere die Homogenität der Magnetosomen, ein hoher Reinheitsgrad und die Unversehrtheit der Membran, die jedes einzelne Magnetosom umgibt und ihm Stabilität verleiht. Nur wenn Magnetosomen diese Eigenschaften aufweisen, sind sie für biomedizinische und biotechnologische Zwecke verwendbar.
Zugleich ist es den Forschern gelungen, ein Verfahren zu etablieren, mit dem sich Magnetosomen in eben dieser geforderten Qualität aus Bakterien schonend isolieren lassen. Das Verfahren ist nicht nur im Labor einsetzbar, sondern grundsätzlich auch zur Gewinnung großer Mengen geeignet, wie sie im Falle einer breiten Anwendung in der Biomedizin und Biotechnologie benötigt werden.
Die Verträglichkeit der so gewonnenen Magnetosomen mit menschlichen Zellen wurde in Zusammenarbeit mit dem Universitätsklinikum Jena getestet. Dabei stellte sich heraus, dass menschliche Zell-Linien selbst bei höheren Partikel-Konzentrationen hohe Vitalitätswerte aufwiesen. Auf der Basis einschlägiger DIN-Normen sprechen diese Testergebnisse eindeutig für eine gute Biokompatibilität.
So könnten Magnetosomen beispielsweise in Zukunft eingesetzt werden, um Krebszellen im Organismus aufzuspüren und Therapeutika gezielt in der direkten Umgebung des Tumors freizusetzen. Die Nanopartikel besitzen daher ein großes Potenzial im Bereich der Theranostik, die eine präzise Diagnose mit einer nachfolgenden zielgenauen Therapie verbindet.
Die zugehörige wissenschaftliche Publikation ist im Text verlinkt und unter diesem Link aufzurufen. Dieser Beitrag basiert auf einer Pressemitteilung der Universität Bayreuth. Bildquelle: Mahad Aamir, unsplash
