Nanodiamanten als Kontrastmittelalternative im MRT

Die Entdeckung

Dr. Lazovic Zinnanti entdeckte das Potenzial von Nanodiamanten im Zuge von Experimenten zur Verabreichung von Medikamenten. Die Diamantpartikel waren dazu gedacht, die Wirkstofffreisetzung von Medikamenten zu unterstützen, die in Gelatinekapseln verpackt sind. Als sie dabei im MRT „hell leuchteten“, ahnte die Forscherin, dass sich hier ein völlig neues Kontrastmittel gezeigt haben könnte.

Sollte es möglich sein, Nanodiamanten in der MRT effektiv als gezieltes und gut sichtbares Kontrastmittel einzusetzen? Diese Frage ließ Lazovic Zinnanti nicht mehr los, so dass sie sie sogar zu einem Forschungsschwerpunkt machte: „Ich hatte das Gefühl, dass Nanodiamanten für die Zukunft der MRT wichtig werden könnten.“

Nanodiamantpartikel unterscheiden sich stark von den auf Gadolinium basierenden Kontrastmitteln, die in der Regel zwar gut verträglich, aber deren Langzeiteffekte noch unzureichend erforscht sind.

Das Hauptmerkmal der Nanodiamantpartikel dagegen ist ihre Unvollkommenheit: Sie weisen strukturelle Defekte auf, hauptsächlich im Diamantgitter, was sie paramagnetisch und daher zu Kontrastmittelkandidaten in der MRT macht. „Ohne diese magnetischen Eigenschaften kämen sie als Kontrastmittel im MRT nicht in Frage“, so die Forscherin.

Mögliche Eisenverunreinigungen (Fe) im Diamantstaub stammen aus dem Detonationskammerprozess, der zur Herstellung der Nanodiamanten verwendet wurde.

Tumore gezielt bekämpfen

Nachdem sie zufällig auf das Potenzial des Diamantstaubs gestoßen war, testet Lazovic Zinnanti jetzt gemeinsam mit einem Team der ETH Zürich in vivo, ob sich Nanodiamanten auch zur Therapie von Hirntumoren eignen könnten.

Dabei muss die Blut-Hirn-Schranke vorübergehend passiert werden. Diese selektiv durchlässige Membran ermöglicht den kontrollierten Austausch von Molekülen und Ionen zwischen Blut und Hirngewebe. „Wenn die Blut-Hirn-Schranke nicht
geöffnet ist, können die Diamantpartikel nicht in das Gehirn gelangen“, erklärt Lazovic Zinnanti. Sobald der Weg zum Hirntumor jedoch frei ist, können sich Diamantpartikel dort ansammeln. „Das ist so spannend, dass wir bereits über ein weiteres Projekt nachdenken, nämlich Medikamente auf die Diamanten aufzutragen, damit diese sich dann auf dem Hirntumor ablagern. Die Herausforderung besteht allerdings darin, die Partikel so klein zu konzipieren, dass sie in die Tumorgefäße eindringen können.“

Wie es weiter geht

In einem nächsten Schritt der Weiterentwicklung der Diamantpartikel als mögliches Kontrastmittel oder zur Arzneimittelverabreichung muss sichergestellt werden, dass die Beschichtung der Partikel stabil ist. „Wenn man die Diamantpartikel wie ein MRT-Kontrastmittel verwenden und ein Medikament darauf auftragen kann, wäre es möglich zu sehen, ob das Medikament sein Zielgebiet erreicht oder nicht“, so die Forscherin. Erkenntnisse darüber wären sehr wertvoll, weil es bei den bisherigen Verfahren oft nicht sicher ist, ob das Medikament tatsächlich in den Tumor eindringt. Allerdings gilt es auch hier, noch ein Problem zu lösen: Wenn die Diamantpartikel im Tumor angekommen sind, muss es einen Mechanismus geben, der das Medikament von den Diamanten löst, damit es wirken kann. Mit dieser Frage beschäftigen sich die Chemiker im Team um Dr. Lazovic Zinnanti.

Weitere Anwendungsgebiete für Nanodiamanten sieht die Forscherin im Bereich künstlicher Gelenke oder in der Chirurgie, wenn ein Pflaster die innere Wundheilung unterstützt: „Oft wissen wir nicht, ob das Pflaster an der richtigen Stelle geblieben ist. Hell leuchtende Kontrastmittel sind hier von großem Vorteil. Ähnlich verhält es sich mit dem künstlichen Knorpel im Knie: Nanodiamanten können zeigen, ob er noch an seinem Platz ist.“

Dr. Jelena Lazovic Zinnanti promovierte 2004 an der Pennsylvania State University (USA). Nach Positionen als Postdoc am California Institute of Technology (Caltech) und wissenschaftliche Mitarbeiterin an der University of California Los Angeles (UCLA) kam sie 2020 zum Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme. Ihre Forschung konzentriert sich auf die Entwicklung von Kontrastmitteln, MRT-Robotik sowie Design und Technik von Hochfrequenz (RF).