Tattoo aus Gold-Nanopartikeln zur Überwachung der Gesundheit – Heilpraxis

Medizinisches Tattoo aus Gold zur Überwachung der Gesundheit

Die Idee von implantierbaren Sensoren, die kontinuierlich Informationen über die Vitalwerte und über Konzentrationen von bestimmten Substanzen oder Medikamenten im Körper übermitteln, begeistert die Forschung und Medizin gleichermaßen. Auf diese Weise könnten Krankheiten früher erkannt und Therapieerfolge besser überwacht werden. Ein neuartiges Tattoo aus Gold-Nanopartikeln könnte diese Aufgabe erfüllen.

Forschende der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) stellen ein neues Tattoo vor, das zur Überwachung der eigenen Gesundheit dienen soll. Es bleibt unsichtbar, solange sich sich keine vorher definierten Auslöser an die Gold-Nanopartikel binden. Falls sich bestimmte Substanzen an das Gold andocken, ändert es seine Farbe. Dies erlaubt Rückschlüsse auf medizinisch relevante Zustände im Körper. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal „Nano Letters“ vorgestellt.

Implantierbare Sensoren bislang ungeeignet

Bislang haben sich implantierbare Sensoren als nicht sonderlich sinnvoll erwiesen, da sie nicht geeignet waren, dauerhaft im Körper zu verbleiben. Sie mussten nach wenigen Tagen oder Wochen ausgetauscht werden und wurden vom Körper zum Teil abgestoßen. Auch verblassten die Farben früherer Sensoren zu schnell, was sie für einen Langzeiteinsatz ungeeignet macht.

Farbwechsel zeigt Veränderungen im Körper an

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der JGU haben nun einen neuartigen implantierbaren Sensor entwickelt, der über mehrere Monate im Körper betrieben werden kann. Der Sensor basiert auf farbstabilen Gold-Nanopartikeln, die mit Rezeptoren, also Andockstellen für bestimmte Moleküle ausgestattet sind. Die Goldpartikel sind in ein Polymergewebe eingebettet und werden unter die Haut implantiert. Dort reagiert das Implantat auf Veränderungen im Körper, indem es seine Farbe ändert.

Warum Gold besonders gut für diese Aufgabe geeignet ist

Die Arbeitsgruppe um Professor Carsten Soennichsen an der JGU nutzt seit vielen Jahren Gold-Nanopartikel als Sensoren, um winzige Mengen von Proteinen in mikroskopisch kleinen Zellen nachzuweisen. Gold-Nanopartikel wirken wie kleine Antennen für Licht: Sie absorbieren und streuen es stark und erscheinen daher farbig. Auf Veränderungen in ihrer Umgebung reagieren sie mit einem Farbwechsel. Dieses Konzept hat sich das Team für die implantierte medizinische Sensorik zunutze gemacht.

Tattoo ist für das Auge unsichtbar

Damit die Goldpartikel an Ort und Stelle bleiben oder nicht von Immunzellen abgebaut werden, sind sie in ein durchlässiges Hydrogel mit gewebeähnlicher Konsistenz eingebettet. Einmal unter die Haut implantiert, wachsen kleine Blutgefäße und Zellen in die Poren des Hydrogels ein. Die Gold-Nanopartikel sind in das Gewebe integriert und werden nicht als Fremdkörper abgestoßen. „Unser Sensor ist wie ein unsichtbares Tattoo, nicht viel größer als ein Cent und dünner als ein Millimeter“, erläutert Professor Soennichsen. Da die Gold-Nanopartikel im Infrarotbereich liegen, seien sie für das Auge nicht sichtbar. Ein spezielles Messgerät könne jedoch ihre Farbe durch die Haut hindurch erkennen.

An Ratten erfolgreich getestet

Im Rahmen der Studie testete das Team die Gold-Nanopartikel-Implantate an haarlosen Ratten. Die Partikel wurden so beschichtet, dass sie auf ein bestimmtes Antibiotikum reagieren. Wenn die Ratten dieses Antibiotikum bekamen, banden sich die Wirkstoffmoleküle des Medikamentes an die Rezeptoren auf der Oberfläche der Gold-Nanopartikel und induzierten so einen Farbwechsel, der Abhängig von der Konzentration der Wirkstoffe war. Die Funktion und die Farbintensität des Sensors blieb über den mehrmonatigen Testzeitraum stabil.

Erstes medizinisch nutzbares Diagnose-Implantat?

„Wir sind es gewohnt, dass farbige Objekte mit der Zeit ausbleichen“, fügt Studienerstautorin Dr. Katharina Kaefer hinzu. Gold-Nanopartikel hingegen behalten ihre Farbe dauerhaft. Sie lassen sich zudem leicht mit vielen unterschiedlichen Rezeptoren beschichten, wodurch sie eine ideale Plattform für verschiedene Zwecke darstellen, erklärt die Wissenschaftlerin.

Für welche Zwecke eignen sich die Implantate?

Künftig könnten den Forschenden zufolge implantierbare Sensoren auf Basis von Gold-Nanopartikeln eingesetzt werden, um die Konzentrationen verschiedener Biomarker oder Medikamente im Körper gleichzeitig zu beobachten. Solche Sensoren könnten in der Medikamentenentwicklung, in der medizinischen Forschung oder in der personalisierten Medizin, zum Beispiel bei der Behandlung chronischer Krankheiten, Anwendung finden. (vb)

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