Was ist ein Nanopartikel? Nach der Definition des Metrologen sollte die Größe eines Nanoobjekts weniger als 100 Nanometer betragen. Eines der paradoxen Beispiele ist die Blase. Tatsächlich ist es auch ein Nanoobjekt: Wenn wir eine Blase aufblasen, ändert es seine Farbe und seine Wände werden fast unsichtbar. Wie von Optikern nachgewiesen, beträgt seine Wanddicke an dieser Stelle weniger als 100 Nanometer und ist damit nanoskalig. In den Lebenswissenschaften hingegen beschäftigen sich Wissenschaftler viel häufiger mit Nanopartikeln in Form von runden oder länglichen Kugeln. So haben Nanopartikel in der Onkologie wichtige Anwendungen gefunden: Sie helfen, bösartige Formationen zu erkennen, ihnen Medikamente zuzuführen und sie zu besiegen.
Der Hauptteil der Medikamente in der Onkologie ist die klassische Chemotherapie. Ärzte verabreichen Chemotherapeutika, die im Wesentlichen Giftstoffe sind, intravenös, und sie werden im ganzen Körper verteilt, dringen in das Gewebe ein und vergiften es. Die Chemotherapie betrifft nicht nur Krebszellen, sondern auch gesundes Gewebe, und das ist ein ernstes Problem, das mit Nanopartikeln gelöst werden kann.
Nanopartikel gelangen nicht in die meisten Gewebe: Sie können nicht über die Wände gesunder Blutgefäße hinausgehen. Allerdings haben Tumorgewebe eine erhöhte Gefäßdurchlässigkeit und Nanopartikel können eindringen, wie der japanische Pharmakologe Hiroshi Maeda in den 1980er Jahren bewies. Aber das Immunsystem entfernt Nanopartikel schnell aus dem Blutkreislauf. Es ist auch eine große Herausforderung für die Wissenschaftler.
Warum sind Nanopartikel besser als herkömmliche onkologische Medikamente?
Der Vorteil der Verwendung von Nanopartikeln in der Chemotherapie ist unbestreitbar: Sie sind weniger toxisch als herkömmliche Medikamente. Doxorubicin ist zum Beispiel ein Antitumormedikament, das die zelluläre DNA schädigt. Am empfindlichsten sind die glatten Muskelzellen des Herzens. Unter dem Einfluss von Doxorubicin verändern sich die Herzrhythmen, was zu Herzinsuffizienz oder Arrhythmie führen kann. Wird Doxorubicin in Nanopartikeln verabreicht, wird seine Konzentration im Körper höher, aber es verursacht keine schwerwiegenden Komplikationen.
Dank Nanopartikeln konnten die Nebenwirkungen der Chemotherapie deutlich reduziert werden, obwohl sie genauso wirksam sind wie herkömmliche Medikamente. Heute versuchen viele wissenschaftliche Gruppen, ihre eigenen Komplexe zusammenzustellen - komplexe Nanokomplexe, die erstaunliche Eigenschaften haben und die Krebstherapie stark vereinfachen. So ist es beispielsweise möglich, Nanokomplexe herzustellen, die sich selbst auflösen, wenn sie in einen Tumor eindringen. Dies wird es einfacher machen, das Medikament über das gesamte Volumen der Malignität zu verteilen. Sie können durch bestehende medizinische Abbildungssysteme wie MRT, CT, Ultraschall und optische Systeme kontrastierend und unterscheidbar gemacht werden, wobei letztere in der Arbeit mit onkologischen Tiermodellen zur Untersuchung von Krebstherapiemethoden weit verbreitet sind. Nanokomplexe können hybridisiert werden, indem sie organische und anorganische Natur kombinieren. Biohybride Komplexe können so gebildet werden, dass sie eine Einnahme durch Zellen des Immunsystems vermeiden können, was zu einer besseren Akkumulation in Tumoren und Metastasen führt. Und das ist nur ein kleiner Teil der Möglichkeiten der Nanotechnologie.
Wie Nanopartikel zum Schutz vor der Sonne beitragen können
Ein weiterer Anwendungsbereich von Nanopartikeln ist die Toxikologie. Menschen atmen ein, konsumieren Partikel verschiedener Substanzen und kommen mit ihnen in Berührung. Allerdings sind nicht alle diese Partikel sicher, und einige können dem Menschen schweren Schaden zufügen. Die Nanotoxikologie untersucht die Auswirkungen von Nanopartikeln auf unseren Körper und mögliche Ansätze zur Reduzierung ihrer Auswirkungen.
Das einfachste Beispiel ist Sonnencreme. Du bist an den Strand gekommen und hast die Creme auf deine Haut aufgetragen, um dich vor ultravioletten Strahlen zu schützen. Es scheint, dass was bedrohlich sein kann? Tatsache ist, dass Nanopartikel der Creme in die Hautzellen eindringen und diese schädigen können. Besonders hervorzuheben sind Nanopartikel von organischen Filtern wie Octocrylen oder Enzulisol. Sie verfärben sich unter der Sonne wie Kleidung und verlieren ihre Schutzeigenschaften, so dass die Creme erneut aufgetragen werden muss. Organische Stoffe können auch zu unangenehmen Folgen wie Hautreizungen führen.
Sonnenschutzmittel verwenden nicht nur organische Verbindungen. In den meisten modernen Produkten sind anorganische Partikel, nämlich Zinkoxid und Titandioxid, die Hauptkomponente. Diese beiden Metalloxide sind gut, weil sie lichtbeständig sind und unter dem Einfluss von Sonnenlicht nicht zusammenbrechen. Sie haben aber auch ihre Nachteile: Unter den Strahlen der Sonne werden sie zu Photokatalysatoren und beginnen, aktive Radikale zu produzieren, die sicher sind, weil sie in der Creme bleiben.
Zinkoxid-Nanopartikel gelten als der wirksamste Sonnenschutz. Sie absorbieren Licht in einem gefährlichen Bereich - UVA Typ A, das zu Verbrennungen unterschiedlicher Intensität und zur Schädigung der DNA führen kann. Infolgedessen kann eine Person Mutationen entwickeln, die zur Entwicklung des Melanoms, einer bösartigen Formation, führen.
Aber 2016 berichtete ein wissenschaftlicher Artikel[1], dass sich Zinkpartikel auf der Haut auflösen und in den Körper gelangen. Die Hornschicht aus Epithel - ve