Ein neuer Mantel für goldige Stäbchen

Neues Vorbehandlungsverfahren liefert biokompatible, stabile Goldnanostäbchen für die Tumortherapie

14.12.2011 - USA

Gold ist nicht nur hübsch als Schmuck, Gold wird auch schon sehr lange als Heilmittel eingesetzt. Die heutige Medizin interessiert sich allerdings mehr für nanoskopisches Gold, das etwa als Kontrastmittel und in der Krebstherapie Verwendung finden könnte. Eugene R. Zubarev und sein Team von der Rice University (Houston, USA) stellt in der Zeitschrift Angewandte Chemie nun ein Vorbehandlungsverfahren für Nanostäbchen aus Gold vor, das deren medizinischen Einsatz beflügeln könnte.

Wie können winzige Gold-Stäbchen gegen Krebs helfen? Krebszellen sind temperaturempfindlicher als gesundes Gewebe. Dies kann man nutzen, indem betroffene Körperpartien lokal erwärmt werden. Hier kommen die Goldnanostäbchen ins Spiel. Sie werden in die Tumorzellen eingeschleust und die erkrankten Partien mit Licht im Nahinfrarot-Bereich bestrahlt (photoinduzierte Hyperthermie). Die Stäbchen absorbieren dieses Licht sehr stark und wandeln die Lichtenergie in Wärme um, die sie an die Umgebung abgeben.

Goldnanostäbchen werden üblicherweise in einer konzentrierten Lösung von Cetyltrimethylammoniumbromid (CTAB) hergestellt und liegen dann von einer CTAB-Doppelschicht ummantelt vor. Das CTAB ist nur angelagert, nicht chemisch gebunden. In einer wässrigen Umgebung lösen sich die CTAB-Moleküle langsam wieder ab. Das ist problematisch, weil CTAB hochgiftig ist. CTAB einfach weglassen ist aber keine Lösung, denn ohne diese Schicht würden die Stäbchen verklumpen. Um die Stäbchen stabil und dennoch biokompatibel zu machen, wurden verschiedene mehr oder weniger aufwendige Vorbehandlungsmethoden entwickelt. Bei vielen dieser Verfahren ist jedoch nicht bekannt, wie viel giftiges CTAB an den Stäbchen zurückbleibt. Ein weiteres Problem: Die Vorbehandlung kann die Aufnahme der Stäbchen in Zellen stören, was den Erfolg einer photothermischen Krebsbehandlung drastisch vermindert.

Zubarev und seine Kollegen haben nun eine neue Strategie entwickelt, die die genannten Probleme löst: Sie tauschen CTAB gegen eine Variante des Moleküls aus, das eine Schwefel-Wasserstoff-Gruppe enthält, abgekürzt als MTAB. Die Wissenschaftler konnten mithilfe verschiedener analytischer Verfahren belegen, dass das CTAB dabei vollständig gegen eine MTAB-Schicht ausgetauscht wird. Über ihre Schwefel-Atome binden die MTAB-Moleküle chemisch an die Goldnanostäbchen – so fest, dass die Schicht auch in wässriger Lösung angedockt bleibt und sich die Stäbchen sogar gefriertrocknen lassen. Als braunes Pulver sind sie unbeschränkt haltbar und innerhalb von Sekunden wieder in Wasser auflösbar.

Tests mit Zellkulturen zeigten, dass MTAB-Goldnanostäbchen auch in höheren Konzentrationen nicht toxisch sind. Zudem werden sie von Tumorzellen in großen Mengen aufgenommen: Die Wissenschaftler schätzen, dass eine einzelne Zelle unter den Versuchsbedingungen mehr als 2 Millionen Nanostäbchen aufnimmt. So wäre eine effektive photothermische Tumorbehandlung möglich.

Originalveröffentlichung

Leonid Vigderman, Dr. Pramit Manna, Prof. Eugene R. Zubarev; Quantitative Replacement of Cetyl Trimethylammonium Bromide by Cationic Thiol Ligands on the Surface of Gold Nanorods and Their Extremely Large Uptake by Cancer Cells; Angewandte Chemie

https://www.chemie.de/news/135631/ein-neuer-mantel-fuer-goldige-staebchen.html