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Organisches Gewebe besteht zum großen Teil aus
Wasser und Fett, Substanzen die viele Wasserstoffatome enthalten.
Deren Kerne (Protonen) besitzen einen Eigendrehimpuls und damit auch
ein magnetisches Moment. Im magnetischen Feld richten sie sich aus und
rotieren mit einer bestimmten Frequenz, die proportional zur Stärke
des äußeren Feldes ist. Werden nun elektromagnetische Wellen mit der
gleichen Frequenz eingestrahlt (Resonanz), so stört dies die
Ausrichtung der Protonen zum äußeren Magnetfeld. Nach Abschalten des
Störfeldes kehren die Protonen wieder in ihre Ausgangslage zurück und
senden dabei elektromagnetische Wellen aus. Diese können mit einem
Detektor aufgefangen werden und geben Auskunft über die Protonendichte
und die chemische Umgebung der untersuchten Region. Mit den gewonnen
Daten lässt sich ein dreidimensionales Bild berechnen, das die
unterschiedlichen Körpergewebe darstellt.
Wie kann man damit entartete Zellen in möglichst
guter Auflösung und mit hoher Sicherheit detektieren? Die Bostoner
Wissenschaftler nutzten dafür Fe3O4-Nanopartikel,
deren magnetische Eigenschaften sich ändern, wenn sie sich zu größeren
Komplexen zusammenlagern.
Als "Klebstoff" für die Fe3O4-Partikel
dienten zwei Biomoleküle, die mit hoher Affinität aneinander binden:
Biotin und Neutravidin. Eine Hälfte der Nanopartikel war mit Biotin
beschichtet, die andere mit Neutravidin. An diese Biomoleküle waren
lange Ketten aus Polyethylen (PEG) gekoppelt, die verhinderten, dass
die Teilchen miteinander in Verbindung kommen. Den Anker für die
PEG-Ketten bildete ein Peptid, das eine Spaltstelle für ein
tumorspezifisches Enzym, die Matrix-Metalloproteinase-2 (MMP-2) besaß.
MMP-2 befindet sich hauptsächlich in der direkten
Umgebung von wachsenden Tumorzellen, das heißt, nur dort werden die
PEG-Ketten von den Fe3O4-Nanopartikeln
abgespalten, der Biotin-Neutravidin-Klebstoff kann seine Wirkung
entfalten, die Fe3O4-Teilchen aggregieren und
der Tumor wird im MRI-Bild sichtbar. |
