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Effiziente Blutreinigung mit Hilfe magnetischer Nanopartikel

 

Nanomagnete, die spezifisch Toxine und Metalle binden, können genutzt werden, um Giftstoffe aus dem Blut zu eliminieren. Mit ihrem Team entwickelte Beatrice Beck Schimmer ein neues, effizientes Blutreinigungsverfahren, dessen Risiken gut einschätzbar sind.

Hintergrund (abgeschlossenes Forschungsprojekt)

Kohlenstoff-beschichtete, metallische Nanopartikel sind magnetisch, äusserst beweglich und ihre Oberfläche kann zudem so gestaltet werden, dass sie spezifisch bestimmte Stoffe bindet. In Zusammenarbeit mit einem interdisziplinären Team von Klinikerinnen und Klinikern sowie Forscherinnen und Forschern untersuchte Beatrice Beck Schimmer, ob solche Nanomagnete genutzt werden können, um Blut nach einer Medikamenten-Überdosis, bei schweren Entzündungen oder bei einer Blutvergiftung zu reinigen. Ein wesentlicher experimenteller Ansatz bestand darin, Nanomagnete zuerst im Reagenzglas, dann bei Ratten ausserhalb des Körpers mit Blut in Kontakt zu bringen, das mit verschiedenen Stoffen verunreinigt ist. Es wurde getestet, ob speziell hergestellte Nanomagnete diese Schadstoffe gezielt binden können. Anschliessend wurden die magnetischen Nanopartikel durch einen externen Magneten wieder aus dem Blut isoliert – ebenso die hoffentlich daran gebundenen Stoffe. Schliesslich wurde das so gereinigte Blut wieder in den Körper zurückgeführt. Dabei ging das Team der Frage nach, wie selektiv und effizient diese Blutreinigung funktioniert. Als mögliche Risiken der neuen Technologie untersuchten die Forscherinnen und Forscher, ob die Nanopartikel einen Einfluss auf Blutzellen oder die Gerinnung haben oder Entzündungen verursachen. Als weitere mögliche Risikosituation wurde angenommen, dass der externe Magnet ausfallen könnte und deshalb die Nanomagnete mit dem Blut zurück in den Körper geführt würden.

Resultate

Mit Hilfe der in diesem Projekt entwickelten Kohlenstoff-beschichteten magnetischen Nanopartikel konnten sowohl kleine als auch grosse im Blut zirkulierende Moleküle rasch an deren Oberfläche gebunden und anschliessend mit Hilfe eines Magneten effizient aus dem Blut eliminiert werden. In Interaktion mit einzelnen Bestandteilen des Blutes wie Zellen und Plasma führten die Nanopartikel weder zu Gerinnungsveränderungen noch zu einer Entzündung. Nanopartikel, die bei einem defekten Magneten zurück ins Blut gelangten, lagerten sich im Gewebe einzelner Organe wie Lunge, Leber und Milz ab, wo sie über längere Zeit nachweisbar waren. Langzeitexperimente mit Mäusen zeigten aber, dass die Nanopartikel in den untersuchten Speicherorganen Lunge und Leber weder akut noch langfristig zu Entzündungen, Zelltod oder Tumoren verursachten.

Bedeutung

Die in diesem Projekt durchgeführte ausführliche Evaluation der Risiken und Gefahren bringt diese vielversprechende Anwendung der Nanomedizin einen entscheidenden Schritt vom Labor in die unmittelbare Nähe des Patienten. Auch wenn gewisse Versuche innerhalb der Risikoabklärung nicht attraktiv sind, müssen diese minutiös durchgeführt werden. Es ist wichtig, sich bei Nanopartikeln stets das Verhältnis zwischen geringer Masse zu einer extrem grossen Oberfläche vor Augen zu führen. Damit ergeben sich einmalige Möglichkeiten wie zum Beispiel das hier untersuchte Blutreinigungsverfahren. Ein unerwünschter Effekt bei der Anwendung von Nanopartikeln innerhalb des Körpers könnte sein, dass sich diese im Gewebe einlagern und ihre Oberfläche aktiviert werden könnte. Der Einsatz der von uns getesteten Nanomagneten sollte deshalb vorerst nur ausserhalb des Körpers erprobt werden bis robuste Langzeitresultate vorliegen.

Originaltitel

Metal Nanomagnets for Medicine – Towards Single Cell Surgery

Projektleitung

  • Prof. Beatrice Beck Schimmer

Weitere Gesuchstellende

  • Prof. Pierre-Alain Clavien
  • Prof. Rolf Graf
  • Prof. Wendelin Stark

 

 

Weitere Informationen zu diesem Inhalt

 Kontakt

Prof. Beatrice Beck Schimmer Physiologisches Institut
Universität Zürich
Winterthurerstrasse 190 8057 Zürich +41 44 255 26 96 beatrice.beck@usz.ch