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Subkutaner Nanosensor

07.11.2013

Stickoxid (NO) ist eines der wichtigsten Moleküle in lebenden Zellen. Es ist für die Übertragung von Signalen innerhalb und zwischen Zellen verantwortlich und koordiniert die Arbeit des Immunsystems. Viele Krebszellen haben anormale Stickoxidwerte, aber Wissenschaftler wissen nicht genau, wie dieses Gas wirkt. Ihrer Meinung nach ist die Rolle von Stickstoffmonoxid beim Fortschreiten von Krebs also höchst umstritten, und Wissenschaftler brauchen neue Werkzeuge, um den Prozess zu verstehen.

Forscher des Massachusetts Institute of Technology haben ein neues Instrument entwickelt, um den Stickoxidspiegel des Körpers in Echtzeit zu messen. Der von Ingenieuren entwickelte Sensor kann für mehr als ein Jahr in den Körper (unter die Haut) implantiert werden und den Entzündungsprozess kontrollieren – den Prozess, bei dem NO produziert wird.

Diese Arbeit ist der erste Beweis dafür, dass Nanosensoren über einen längeren Zeitraum direkt im Körper eingesetzt werden können. Sensoren aus Kohlenstoffnanoröhrchen sollen unter anderem zum Nachweis anderer Moleküle wie Glukose eingesetzt werden. Ein Forscherteam arbeitet bereits an einem Sensor für Diabetiker, der den Zucker- und Insulinspiegel ohne Blutentnahme überwachen soll.

Nanoröhren aus Kohlenstoff, die einen Nanometer dick sind, gelten Wissenschaftlern als vielversprechend für die Herstellung von Sensoren. Forscher des Massachusetts Institute of Technology haben kürzlich Kohlenstoffrohrsensoren für verschiedene Moleküle entwickelt, darunter Wasserstoffperoxid und Sarin. Solche Sensoren nutzen die Fluoreszenz von Kohlenstoffnanoröhren: Wenn eine Nanoröhre an ein bestimmtes Molekül bindet, leuchtet sie heller oder dunkler.

In der neuen Arbeit modifizierten die Forscher das Nanoröhrchen, um zwei verschiedene Arten von Sensoren zu schaffen: einen zum Einsetzen in den Blutkreislauf zur kurzfristigen Überwachung und den anderen zur langfristigen Implantation unter die Haut.

Um die Sensorleistung zu verbessern, verwendeten die Wissenschaftler ein biokompatibles Polymer (Polyethylenglykol), das verhindert, dass Partikel im Blutstrom zusammenkleben. Experimente an Mäusen haben gezeigt, dass die Partikel in diesem Fall Lunge und Herz passieren können, ohne Schaden anzurichten. Die meisten Partikel reichern sich in der Leber an, wo sie zur Überwachung des NO-Spiegels verwendet werden. Gleichzeitig stellen die Forscher fest, dass sie bisher nur die Leber untersucht haben, nun aber sehen, dass die Partikel im Blut verbleiben. So ist es möglich, mithilfe von Nanopartikeln unterschiedliche Körperregionen zu untersuchen.

Der Sensor für den dauerhaften Verbleib im Körper besteht aus Nanoröhrchen, die in ein Alginat-Gel (ein aus Algen gewonnenes Polymer) eingebettet sind. Nach der Implantation unter die Haut von Mäusen blieb das Gel an Ort und Stelle und funktionierte 400 Tage lang. Die Forscher schlagen jedoch vor, dass die Lebensdauer des Sensors verlängert werden kann. In Zukunft wäre ein solcher Sensor nützlich, um Krebs oder andere entzündliche Erkrankungen zu überwachen und Immunantworten bei Patienten mit künstlichen Hüften oder anderen implantierten Geräten zu erkennen.

Wissenschaftler arbeiten nun daran, diese Technologie für den Glukosenachweis anzupassen. Es wird davon ausgegangen, dass Nanoröhren elektrochemische Sensoren zur Messung des Blutzuckerspiegels ersetzen werden, die nicht lange funktionieren, und zudem das Infektionsrisiko durch das Eindringen der Elektrode unter die Haut erhöhen. Aber der neue Sensor bestimmt in Echtzeit den Zuckerspiegel, und die daran angeschlossene Insulinpumpe liefert das Hormon in der richtigen Menge.

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