Nanothermometer meet tumortemperaturen

Nieuwe mogelijkheid voor toepassing van nanodeeltjes in biomedicine ontwikkeld

Nanobuis van koolstof met koperjodide in lengtedoorsnede, vastgelegd in een transmissie-elektronenmicroscoop. Buitendiameter van de koolstofnanobuis rond 30 nanometer, binnendiameter met vulling ongeveer tien nanometer. © IFW Dresden
voorlezen

Gevulde en slechts enkele nanometers grote koolstofbuizen kunnen gemakkelijk worden gebruikt voor contactloze temperatuurmetingen bij kankertumoren. Dit is bepaald door wetenschappers uit Dresden in een nieuwe studie. Ze rapporteren over hun onderzoeksresultaten over het gebruik van nanodeeltjes in biomedicine in het huidige nummer van het tijdschrift "Nanomedicine".

Nanodeeltjes worden al gebruikt als onderdeel van pilootstudies bij de eerste patiënten voor hyperthermische behandeling bij kankertherapie. Met de toepassing van zogenaamde multifunctionele gevulde koolstofnanobuisjes - koolstofnanobuisjes = CNT's - zijn verschillende projecten bij het Leibniz Instituut voor Solid State and Materials Research (IFW) Dresden betrokken, waaronder het Europese onderzoeksproject CARBIO.

Magnetische vullingen zijn ontworpen om tumorweefsel te vernietigen

Daarin experimenteren wetenschappers van het IFW met magnetische vullingen in CNT's, die in de toekomst doelbewust tumorweefsel zullen vernietigen door inductieve verwarming in het lichaam. De CNT's dienen als containers voor verschillende dingen: ze kunnen sensoren, magneten en medicijnen door de bloedbaan transporteren, zonder dat hun inhoud op de weg naar de bestemming in ongewenst contact komt met weefsel.

Omdat een verwarming (= hyperthermie) van tumorweefsel in het menselijk lichaam continu en zo nauwkeurig mogelijk moet worden gecontroleerd, is een temperatuurbewaking met een thermometer op cellulair niveau vereist. Recente resultaten van CARBIO hebben nu aangetoond dat CNT's gevuld met koperjodide (CuI) als thermometers kunnen dienen. Dit materiaal, evenals andere alkali- en koperhalogeniden, vertoont verschillende temperatuurafhankelijke parameters bij nucleaire magnetische resonantiemetingen.

De relaxatietijd, dat wil zeggen de tijd die nodig is voor de magnetisatie van een geëxciteerd deeltje om terug te keren naar de begintoestand, is een dergelijke temperatuurafhankelijke parameter. tonen

Contactloze temperatuurmeting

Als de onderzoekers deze parameter meten met behulp van magnetische resonantie, kunnen ze de exacte temperatuur in de omgeving van het koperjodide afleiden. In tegenstelling tot conventionele temperatuurregeling biedt deze contactloze temperatuurmeting van buitenaf een uniek voordeel bij behandelingen met hyperthermische kanker: de kosten en risico's van chirurgische ingrepen kunnen in de toekomst met de nanothermometer worden vermeden.

Voor de productie van de nanothermometer vulden wetenschappers van het IFW koperjodide in CNT's. Voor dit doel werden meerwandige CNT's met een diameter van vijf tot 20 nanometer en een lengte van tien tot 30 micrometer geproduceerd. Meerwandige CNT's kunnen nog steeds worden uitgerust met functionele groepen in de buitenlagen, zodat ze beter door het lichaam worden opgenomen.

Koperjodide wordt geabsorbeerd

Na thermische behandeling bij 450 ° C en ultrasoonapparaat met zoutzuur en salpeterzuur openen de nanobuizen. De onderzoekers vulden de buizen vervolgens met koperjodide door het materiaal in een injectieflacon met siliciumdioxide tot 600 ° C te verwarmen. Door capillaire krachten wordt het koperjodide letterlijk "geabsorbeerd" in de CNT's.

Metingen van nucleaire magnetische resonantie (NMR) bij een extern magnetisch veld van zeven Tesla toonden de onderzoekers dat voor de relaxatietijd en de resonantiefrequentie een significante temperatuurafhankelijkheid in het bereik van vijf tot 320 Kelvin dit komt overeen met een maximum van 47 Celsius - bestaat. De beste resolutie werd verkregen voor de relaxatietijd met een meetnauwkeurigheid van twee Kelvin.

Aldus registreren de met koperjodide gevulde CNT's het temperatuurbereik van hyperthermische behandelingen in kankertherapie, die gemakkelijk worden uitgevoerd bij iets meer dan 42 Celsius. Volgens de onderzoekers is het gebruik van deze CNT's als contactloze nanothermometers daarom fundamenteel mogelijk. De meetnauwkeurigheid moet echter nog worden verhoogd. Wetenschappers van het IFW onderzoeken momenteel verdere mogelijke vulmaterialen voor CNT's.

(idw - Leibniz Instituut voor onderzoek naar vaste stoffen en materialen Dresden, 16.10.2008 - DLO)