Mit Lasern und Microbubbles Tumorzellen bekämpfen

Gestartetes BMBF-Verbundprojekt LUS BUBBLE: Neues Konzept für mobile Lasersysteme zur Anregung von Nanopartikeln und anschließender Zerstörung maligner Tumorzellen durch die Erzeugung von Kavitationsblasen.
Schema: Links eine Tumorzelle unter normalen Zellen. Rechts wird die Tumorzelle durch Mikrokavitations-Bläßchen die mit dem Laser bestrahlt werden zerstört.

Prinzip der Erzeugung von Mikrokavitationen für Tumorimaging und - therapie. ©National Research Council - IFAC CNR, Sesto Fiorentino, Italien

22.10.14

BMBF-Verbundprojekt LUS BUBBLE

Zukunftsweisende Ergebnisse der biomedizinischen Forschung zeigen das große Potential von Nanomaterialien für den klinischen Einsatz bei Tumorbildgebung und Krebstherapie auf. Bei der Bildgebung wurden bereits erfolgreich Anwendungen, z. B. als Kontrastmittel, er-schlossen. Im Bereich der Therapie sind jedoch auch Herausforderungen zu überwinden.

Ein bedeutender Nachteil von auf plasmonischen Nanopartikeln basierenden optischen Hyperthermie-Verfahren ist die Wärmediffusion, da hierdurch die hochspezifische Wirkung der in Zellen akkumulierten Teilchen beeinträchtigt wird. Eine Alternative ist die Erzeugung kleiner Dampfbläschen, sogenannter „Microbubbles“, durch die mit kurzen und intensiven Lichtimpulsen besonders gezielt und schonend subzelluläre Ziele adressiert werden können.

Dieser Ansatz wurde mit Goldnanosphären bei Anregung mit Licht des sichtbaren Spektrums bereits erfolgreich demonstriert. Infrarot resonante Partikel, die für eine Vielzahl von biomedizinischen Anwendungen besonders interessant sind, weisen bisher jedoch keine optimale optische Stabilität auf.

Der Verbund LUS BUBBLE hat sich daher zum Ziel gesetzt, innovative Konzepte für neuartige mehrschalige Nanoteilchen mit einer hohen optischen Zerstörschwelle und deren Anregung umzusetzen. Die optischen und akustischen Eigenschaften sollen eine maßgeschneiderte Anpassung von Microbubbles ermöglichen, die gleichzeitig eine photoakustische Tumorbildgebung sowie eine effiziente laserbasierte Tumortherapie erlauben. Hierdurch werden grundlegende Voraussetzungen für neuartige effiziente minimal-invasive und kosteneffiziente in-vivo Technologie-Konzepte zur Erkennung und Behandlung maligner Zellen geschaffen, die Benchtop tauglich sind.

Um die im Verbund LUS BUBBLE verfolgten Ziele zu erreichen sind insbesondere neue Konzepte für mobile Lasersysteme zur Anregung der Nanopartikel und für die anschließende Zerstörung maligner Tumorzellen durch die Erzeugung von Kavitationsblasen notwendig. Die hierfür erforderlichen Laserparameter sind bisher nicht oder nur ansatzweise bekannt und werden von den Verbundpartnern im Rahmen des Projektes gemeinsam erarbeitet.

In diesem Zusammenhang muss auch die Zellkompatiblität der generierten Nanomaterialien geklärt werden. Hierzu wird insbesondere ein innovativer Ansatz verfolgt, bei dem die Zellmorphologie zur Simulation physiologischer Bedingungen unter mikrofluidisch erzeugter Schubspannung anfärbungsfrei vermessen wird. Des Weiteren kommen bei der Quantifizierung der Auswirkungen der mit den Partikeln erzeugten Mikrokavitationen neuartige minimalinvasive digitalholographische Verfahren zum Einsatz.

Im Erfolgsfall wird das im Verbund verfolgte Konzept neue Horizonte bei der Verzahnung von  Medizinischer Bildgebung und Therapie eröffnen und die Grundlage für eine Vielzahl neuartiger Lasertherapieverfahren bilden.

Der Verbund LUS BUBBLE wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Europäischen Initiative „Biophotonische Geräte für die angewandten Lebenswissenschaften und den Gesundheitssektor - BiophotonicsPlus“ mit rund 300.000 Euro gefördert. Der Verbund mit seinen insgesamt sieben Projektpartnern aus Wissenschaft und Wirtschaft in Deutschland und Italien ist im August 2014 gestartet und soll im Juli 2017 abgeschlossen werden.

Projektpartner

  • Asclepion Laser Technologies GmbH, Jena
  • Biomedizinisches Technologiezentrum der Westfälische Wilhelms-Universität Münster
  • MOS-Technologies, Telgte (bei Münster)
  • National Research Council - IFAC CNR, Sesto Fiorentino, Italien
  • Giotto Biotech Srl, Sesto Fiorentino, Italien
  • Actis Active Sensors S.r.l., Calenzano, Italien
  • Esaote S.p.A., Firenze, Italien

Weitere Informationen

Download Projektsteckbrief BMBF-Verbundprojekt LUS BUBBLE (PDF)

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