Ein Forschungsteam der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) hat eine neue Klasse von lichtempfindlichen Nanopartikeln entwickelt, die möglicherweise innovative Ansätze für bildgebende Verfahren eröffnen. Diese Partikel, bei denen es sich um sogenannte Single-Chain Nanoparticles (SCNP) handelt, bestehen aus einzelnen, gefalteten Polymerketten. Die Forschenden haben in diese Polymerketten Moleküle des Kunststoffs Polypyrrol eingebettet. Diese Moleküle sind in der Lage, Licht im nahen Infrarotbereich zu absorbieren und die aufgenommene Energie in Wärme umzuwandeln. Durch gezielte Laserbestrahlung erhitzen sich die Nanopartikel nicht nur stark, sondern verändern auch ihre innere Struktur, was sie für neue bildgebende Techniken nutzbar macht.
„Unter Lichteinfluss ballt sich jedes einzelne Nanopartikel zu einer kugelförmigen Struktur mit einem Durchmesser von wenigen Nanometern zusammen. Das eröffnet die Möglichkeit, die Partikel gezielt an bestimmten Stellen im Körper zu konzentrieren – genau dort, wo das Licht ist“, sagt der Chemiker Prof. Dr. Wolfgang Binder von der MLU.
Besonders bemerkenswert ist die Thermoresponsivität der SCNP: Ihre Struktur verändert sich gezielt in Reaktion auf Temperaturunterschiede. Diese Eigenschaft, die auf ihrem spezifischen molekularen Aufbau beruht, macht sie auch so effizient bei der Umwandlung von Licht in Wärme. Laborversuche haben gezeigt, dass bereits ein schwacher Laserstrahl und eine geringe Menge der Nanopartikel ausreichen, um eine starke lokale Erhitzung zu bewirken – in den Versuchen konnten so Temperaturen von bis zu 85 Grad Celsius erreicht werden.
Anwendung in der medizinischen Diagnostik
Dieser Effekt ist besonders vielversprechend für die medizinische Diagnostik. Wenn das Gewebe schnell erwärmt wird, werden Schallwellen freigesetzt. Diese Wellen können durch photoakustische Bildgebungsverfahren gemessen werden, was die Erstellung von 3D-Modellen des Körperinneren ermöglicht. Das Forschungsteam hofft, dass diese neuartigen Nanopartikel in Zukunft bei der Krebsdiagnostik eingesetzt werden können, um Tumore und ihre Reaktionen auf Therapien mittels photoakustischer Bildgebung präziser sichtbar zu machen und zu verfolgen.
Das Potenzial reicht aber noch weiter: „Wir wollen die Nanopartikel in Zukunft verwenden, um einen Wirkstoff gezielt in den Körper zu transportieren und dort durch Licht und Wärme zu aktivieren“, erklärt Binder. Die Teilchen könnten sich vielleicht sogar nutzen lassen, um Krebszellen durch Hitze lichtgesteuert abzutöten. Um das therapeutische Potenzial der neuen Teilchen auszuloten, sind jedoch noch weitere umfangreiche Studien nötig.
Quelle
Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (09/2025)
Publikation
Thümmler J. F. et al. Photo-thermoresponsive polypyrrole-crosslinked single-chain nanoparticles for photothermal therapy. Communications Chemistry (2025). doi: 10.1038/s42004-025-01518-x
https://doi.org/10.1038/s42004-025-01518-x