Nanotechnologie in der Schule - Prof. Dr. Thomas Wilhelm
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11 Anwendungsbereiche von Ferrofluiden Ein großer Nachteil dieser Therapie ist, dass auch gesundes Gewebe geschädigt wird. Es tritt eine Vielzahl von unerwünschten Nebenwirkungen auf, wie beispielsweise Störungen der Funktion von Leber- und Niere, Haarausfall, Übelkeit usw. [Ale10]. Dies sind Schäden, die zusätzlich zur eigentlichen Erkrankung die Lebensqualität von Tumorpatienten oftmals stark beeinträchtigen. Deshalb ist es ein vorrangiges Ziel aktueller Forschungsanstrengungen, die Dosierung der Chemotheapeutika möglichst weit zu minimieren, um unerwünschte Wirkungen im Organismus zu reduzieren. Magnetisches Drug Targeting Im Zuge der Nanotechnologie eröffnen sich mit den Ferrofluiden völlig neue Behandlungs- methoden. Ein Beispiel ist das magnetische Drug Targeting. Hierbei werden Eisenpartikel mit einem Durchmesser von etwa 10 − 15 nm mit einer Stärkehülle umgeben [Ale04], wo- durch die Partikelgröße auf ca. 100 nm anwächst. Diese Partikel werden nun ionisch mit einem Chemotherapeutikum gekoppelt und anschließend in den Körper injiziert. Mit Hilfe eines statischen Magnetfeldes können die Teilchen nun in bestimmten Körperteilen (bei- spielsweise im Tumor) konzentriert werden. Nach einer gewissen Zeit trennen sich dann Ferrofluid und Medikament [Bom], sodass das Medikament seine Wirkung in der betroffe- nen Körperregion entfalten kann. Im Folgenden soll eine Studie zur Behandlung von Tumoren bei Kaninchen vorgestellt werden [Ale04]. Diesen Tieren wurde im Bereich des medialen Oberschenkels ein VX2- Plattenepithelkarzinom implantiert. Daraufhin entstand ein Tumor, der bis zu einer Größe von 3500 mm 3 anwuchs [Ale04]. In die Arterie, die zum Tumor führt, wurden nun verschie- dene Medikamente gespritzt. So wurde einigen Tieren Ferrofluide mit einer systematischen Mitoxantron Dosis von 20 % bzw. 50 % injiziert. Anderen Tieren wurde Mitroxantron in 75 %-iger und reiner Form ohne Kopplung mit einem Ferrofluid zugeführt. Eine dritte Gruppe von Kaninchen erhielt lediglich das Ferrofluid ohne Wirkstoff. Zusätzlich gab es eine Kontrollgruppe, bei der keine Therapie stattfand. Die Tiere, die mittels magnetischem Drug Targeting behandelt wurden (d.h. 20 bzw. 50 %-ige systematische Mitoxantron-Dosis) zeigten in einem Zeitraum von 3 Monaten ein dauerhafte Reduktion der Tumorgröße ohne Anzeichen von Nebenwirkungen. Die Tiere, die mit dem Wirkstoff ohne Kopplung an ein Ferrofluid behandelt wurden, zeigten ebenso eine Tumorremission, jedoch unter starken Nebenwirkungen der Medikamente. Die Tiere, denen nur ein Ferrofluid injiziert worden war, zeigten keinen Rückgang der Krankheitssymptome, selbst wenn man ein magneti- sches Feld zur Lokalisierung angelegt hatte. Auch der Tumor der Kontrollgruppe wuchs 128
weiter an und es bildeten sich Metastasen. 11.3 Anwendungen im medizinischen Bereich Somit ist medizinisch belegt, dass die Verwendung von Ferrofluiden im Zusammenhang mit dem Drug Targeting Verfahren eine vollständige Tumorremission nach einmaliger Injektion nach sich zieht. In den neunziger Jahren des letzten Jahrhunderts wurde auch dem Menschen eine gute Verträglichkeit von Ferrofluiden attestiert. Die Eisenpartikel werden in den Organen wie körpereigenes Eisen abgebaut. Somit liegt der aktuelle Forschungsschwerpunkt bei dem Versuch, diese Methode auf die menschliche Krebsbehandlung zu übertragen. Abb. 11.3: Prinzip der lokalen Chemotherape mittels magnetischem Drug Targeting [Ale10]. Thermoablation und Hyperthermie Eine andere Möglichkeit der Krebsbekämpfung mit Hilfe von Ferrofluiden besteht in der Thermoablation bzw. Hyperthermie. Hierbei werden in einem Zellgewebe wie beim ma- gnetischen Drug Targeting Ferrofluid-Partikel angereichert. Jedoch werden anschließend die magnetischen Teilchen durch ein externes magnetisches Wechselfeld zu Schwingungen angeregt. Dadurch entsteht Wärme, die Zellen im Zielgewebe zerstören kann [Ove09]. Die hierbei üblichen Frequenzen des Magnetfeldes liegen bei 100 bis 400 kHz. Die für den Tumor zerstörerische Wärme der Nanopartikel stammt aus zwei Prozessen. Zum einen entsteht Wärme durch den sog. Néel-Mechanismus, bei dem der Magnetisierungsvek- tor der Partikel ständig gedreht wird. Zum anderen durch den Brown-Mechanismus, da 129
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weiter an und es bildeten sich Metastasen.<br />
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Somit ist mediz<strong>in</strong>isch belegt, dass die Verwendung von Ferrofluiden im Zusammenhang mit<br />
dem <strong>Dr</strong>ug Target<strong>in</strong>g Verfahren e<strong>in</strong>e vollständige Tumorremission nach e<strong>in</strong>maliger Injektion<br />
nach sich zieht.<br />
In den neunziger Jahren des letzten Jahrhun<strong>der</strong>ts wurde auch dem Menschen e<strong>in</strong>e gute<br />
Verträglichkeit von Ferrofluiden attestiert. Die Eisenpartikel werden <strong>in</strong> den Organen wie<br />
körpereigenes Eisen abgebaut. Somit liegt <strong>der</strong> aktuelle Forschungsschwerpunkt bei dem<br />
Versuch, diese Methode auf die menschliche Krebsbehandlung zu übertragen.<br />
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Thermoablation und Hyperthermie<br />
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Thermoablation bzw. Hyperthermie. Hierbei werden <strong>in</strong> e<strong>in</strong>em Zellgewebe wie beim ma-<br />
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angeregt. Dadurch entsteht Wärme, die Zellen im Zielgewebe zerstören kann [Ove09]. Die<br />
hierbei üblichen Frequenzen des Magnetfeldes liegen bei 100 bis 400 kHz.<br />
Die für den Tumor zerstörerische Wärme <strong>der</strong> Nanopartikel stammt aus zwei Prozessen. Zum<br />
e<strong>in</strong>en entsteht Wärme durch den sog. Néel-Mechanismus, bei dem <strong>der</strong> Magnetisierungsvek-<br />
tor <strong>der</strong> Partikel ständig gedreht wird. Zum an<strong>der</strong>en durch den Brown-Mechanismus, da<br />
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