Nanotechnologie: Nanosensoren für die Langzeitüberwachung

US-Forscher haben Sensoren aus Kohlenstoffnanoröhrchen entwickelt, die in den Körper eingebracht werden. Damit wollen sie ein Signalmolekül im Körper überwachen. Ein ähnlicher Sensor für die Diabetes-Behandlung ist in Entwicklung.

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Kohlenstoffnanoröhrchen in einem Hydrogel: über 400 Tage im Körper aktiv
Kohlenstoffnanoröhrchen in einem Hydrogel: über 400 Tage im Körper aktiv (Bild: Bryce Vickmark/MIT)

Wissenschaftler am Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben einen Sensor aus Nanoröhrchen entwickelt, der unter die Haut implantiert werden soll. Damit wollen sie das Verhalten des Signalmoleküls Stickstoffmonoxid (NO) erforschen.

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Die Forscher um Nicole Iverson haben den Sensor aus Kohlenstoffnanoröhrchen gefertigt. Die Sensoren werden wegen der Fluoreszenz aus Kohlenstoff gemacht: Die Nanoröhrchen werden mit einem Molekül kombiniert, das sich an einen bestimmten Stoff bindet. Geschieht das, leuchtet der Kohlenstoff heller oder weniger hell.

Zwei Sensortypen

Die Wissenschaftler haben zwei verschiedene Typen von Sensoren entwickelt, die sie in der Fachzeitschrift Nature vorstellen: Einer wird für eine Kurzzeitbeobachtung in die Blutbahn injiziert. Er ist mit dem biokompatiblen Polymer Polyethylenglycol (PEG) ausgestattet, das eine Klumpenbildung verhindert. So kann der Sensor durch die Lunge und das Herz zirkulieren, ohne dort Schäden anzurichten.

Der andere Sensor wird in ein Gel aus dem Polymer Alginat eingebettet und unter die Haut implantiert. Er dient zur Langzeitbeobachtung: In Versuchen blieb er mehr als 400 Tage lang funktionsfähig. Die Forscher gehen davon aus, dass sie die Einsatzdauer noch verlängern können.

Stickstoffmonoxid und Krebs

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Mit dem Sensor aus Nanoröhrchen wollen die Wissenschaftler die Arbeitsweise des Signalmoleküls NO erforschen, das im Gehirn Informationen überträgt und das Immunsystem koordiniert. In vielen Krebszellen ist das Maß gestört. Es sei aber noch wenig darüber bekannt, wie sich das Signalmolekül in gesunden Zellen und in Krebszellen verhalte, erklären die MIT-Wissenschaftler.

NO spiele bei der Entwicklung von Krebs eine widersprüchliche Rolle, sagt Michael Strano, an dessen Labor Iverson forscht. "Unsere Arbeit liefert ein neues Instrument, um dieses wichtige Molekül im Körper und in Echtzeit zu erforschen, und neben diesem möglicherweise noch weitere."

Entzündung erkennen

Die Forscher haben die Sensoren an Mäusen getestet. Wenn diese im Körper sind, wird dieser mit einem Laser im nahen Infrarotspektrum bestrahlt. Dabei wird ein Fluoresenz-Signal erzeugt, das ein Messgerät erfasst. Auf diese Weise kann beispielsweise eine Entzündung im Körper erkannt werden, bei der NO freigesetzt wird.

Iversen und ihre Kollegen arbeiten bereits am nächsten Sensortyp. Dieser soll zur Messung des Glukose- und Insulinwertes bei Diabetikern eingesetzt werden. Er könnte die Blutabnahme oder heutige Sensoren, die für etwa eine Woche auf der Haut angebracht werden, ersetzen. Er könnte künftig sogar mit einer Insulinpumpe gekoppelt werden, die dann aktiviert wird, wenn Insulin benötigt wird.

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