Was ist Nanotechnologie und was sind Nanopartikel?

Accu-Chek Services - Nanopartikel

Innovative Diabetesforscher entdecken die Welt des Allerkleinsten: Nanopartikel sollen in Zukunft nicht nur die Diabetes-Therapie voranbringen. Sie könnten auch für die Früherkennung eingesetzt werden oder vor Stoffwechselentgleisungen warnen. Sogar eine Nanoimpfung gegen Diabetes scheint denkbar.

Stellen sie sich unsere Erde vor: groß, blau, rund. Und nun setzen Sie in Gedanken einen Fußball daneben. Er ist mit bloßem Auge nicht zu erkennen. Ein Nanopartikel wiederum ist im Verhältnis zum Fußball in etwa so groß, wie dieser zur Erde, also winzig klein. Nicht umsonst leitet sich die Vorsilbe "nano" vom Griechischen "nanos" für "Zwerg" ab. Doch obwohl sie so klein und mit bloßem Auge nicht zu erkennen sind, gehören sie zu den großen Hoffnungsträgern in der medizinischen Forschung.

So könnten Nanopartikel in etwas fernerer Zukunft unter anderem als "Containerschiffe" zum Einsatz kommen, die Wirkstoffe an eine vorherbestimmte Stelle im Körper transportieren: "Unsere Nano partikel bilden beispielsweise Hohlräume, in denen wir bis zu 20.000 Wirkstoffmoleküle unterbringen können", erklärt Jürgen Borlak vom Fraunhofer Institut in Hannover.

In seiner Arbeitsgruppe nutzt Borlak winzige Partikel aus unterschiedlichen Stoffen und "bastelt" sie aneinander. Am Ende steht ein Nano partikel mit genau definierten Eigenschaften. Der Experte arbeitet in der Krebsforschung, doch auch in der Diabetesforschung ist "Nano" immer stärker im Kommen.

Nanotechnologie: Was ist das?

Nanotechnologie ist keine eigene Wissenschaft, sondern ein Oberbegriff für ganz unterschiedliche Arten der Forschung. Gemeinsam ist ihnen, dass sie mit sehr kleinen Teilchen arbeiten, den Nanopartikeln. Nanopartikel haben eine Größe von maximal wenigen Hundert Nanometern. Ein Nanometer ist ein Milliardstel eines Meters, als Zahl: 0,000 000 001 Meter. Es gibt unterschiedliche Arten der Nanopartikel. Am liebsten arbeiten Wissenschaftler mit Gold oder mit Kohlenstoff. Sollen Nanopartikel in der Medizin zum Einsatz kommen, werden meist organische Substanzen verwendet, die sich zu Ketten aneinanderreihen lassen, beispielsweise Milchsäure oder chemische Verbindungen von Alkohol.


Winzige Transportschiffchen

In dem von der EU mit acht Millionen Euro geförderten VIBRANT-Projekt beispielsweise entwickeln Wissenschaftler aus zahlreichen europäischen Ländern gemeinsam Nanocontainer, die mit einem Kontrastmittel für bildgebende Verfahren wie die Magnet-Resonanz-Tomografie (MRT) beladen werden. "Damit wollen wir die insulinproduzierenden Betazellen darstellen. Das geht mit herkömmlicher Bildgebung bisher nicht", erläutert Dr. Theo Schotten von der Hamburger CAN GmbH, die das Projekt koordiniert. Damit diese "Nanoschiffchen" bei den Betazellen ankommen, werden sie auf der Oberfläche mit winzigen Erkennungsstrukturen ausgestattet, die gewissermaßen als Navigationsgerät dienen und die Nanocontainer gezielt zu den Betazellen lotsen. "Damit könnte unser Verfahren beispielsweise zur frühen Diagnose von Diabetes eingesetzt werden. Denn Zahl und Leistungsfähigkeit der Betazellen verringern sich, lange bevor der Blutzucker auffällig wird", so Schotten. In einem zweiten Teil des Projekts sollen die Nanocontainer auch mit Diabetesmedikamenten beladen werden, die dann direkt zu den Betazellen transportiert werden.

Bunter Blutzucker

Um eine andere Art der Diabetesdiagnostik geht es Wissenschaftlern der University of Western Ontario in Kanada. Sie haben Nanopartikel entwickelt, die ihre Farbe ändern, und zwar abhängig von der Höhe des Blutzuckers. Der Clou: Die Nanopartikel werden in eine Kontaktlinse eingebettet. Diese soll mithilfe der glukosehaltigen Tränenflüssigkeit im Auge den Blutzuckerwert bestimmen. Ein Diabetespatient könnte dann anhand dezenter Farbveränderungen der Linse erkennen, ob eine Hypo- oder Hyperglykämie droht.

Ähnlich und doch anders gehen Ingenieure des Bostoner Massachusetts Institute of Technology (MIT) in den USA an die nanotechnologisch unterstützte Kontrolle des Blutzuckers heran. Sie nutzen Nanopartikel ebenfalls als Glukosesensoren. Die Partikel werden jedoch unter die Haut injiziert - ähnlich wie ein Tattoo. Ein Sensor liest dann die Farbänderungen des Tattoos aus und rechnet sie in Blutzuckerkonzentrationen um.

Schutz vor Diabetes

Dass man mit Nanopartikeln bei Menschen mit Diabetes auch das Immunsystem ansprechen kann, zeigen die Forschungsarbeiten von Dr. Pere Santamaria, der an der University of Calgary in Kanada an einer Impfung gegen den Typ-1-Diabetes arbeitet. Santamaria bestückt Nanopartikel mit Eiweißfragmenten, die das Immunsystem stimulieren sollen. Zumindest in Modelluntersuchungen werden dadurch die Immunreaktionen blockiert, die bei Typ-1-Diabetikern die insulinproduzierenden Betazellen zerstören. "Die besten Ergebnisse haben wir mit Nanopartikeln aus Eisenoxid erzielt, und die wollen wir irgendwann auch in klinischen Studien bei Patienten untersuchen", so Santamaria. Der Forscher wagt auch schon einen Ausblick auf mögliche Einsatzszenarien: "Der Ansatz ist vor allem in frühen Krankheitsstadien interessant. Es ist aber denkbar, dass sich die Betazellen durch die Blockade der Autoimmunreaktion sogar regenerieren. Dann wäre unsere Impfung unter Umständen auch beim fortgeschrittenen Diabetes hilfreich." Das alles ist freilich noch Zukunftsmusik: Doch wer weiß, vielleicht werden nächste Generationen mit Diabetes schon von der Nanotechnologie profitieren.

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