Krebsdiagnostik mit Nanodiamanten : Datum:
FH Münster widmet sich der Verbesserung eines Verfahrens zur Krebsdiagnose. Im Fokus des Projekts NanoDetect stehen Nanodiamanten, die als optische Sensoren Tumorzellen identifizieren.
Krebserkrankungen stellen in Deutschland die zweithäufigste Todesursache dar. Etwa ein Viertel aller Sterbefälle im Jahr 2023 ging auf Krebs zurück, jährlich kommen rund 500.000 neue Krebsdiagnosen hinzu. NanoDetect hat sich zum Ziel gesetzt, ein neuartiges In-vitro-Diagnoseverfahren zu optmieren: die sogenannte Relaxometrie. Dabei werden Nanodiamanten als optische Sensoren in lebende Zellen eingebracht, um einzelne Tumorzellen mit abweichendem Stoffwechsel zu identifizieren. Beteiligt an dem Vorhaben sind neben der FH Münster auch die TAFH Münster GmbH, das Universitätsklinikum Groningen, die Universität Osnabrück, das Leibniz-Institut für Oberflächenmodifizierung e.V (IOM) sowie als Partner aus der Industrie Jüke Systemtechnik GmbH, bill-X GmbH und QT Sense.
„Wir nutzen die fluoreszierenden Eigenschaften von Nanodiamanten mit Stickstofffehlstellen, auch NV-Zentren genannt“, erläutert Dr. Ludwig Horsthemke, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Labor für Halbleiterbauelemente und Bussysteme am Fachbereich Elektrotechnik und Informatik. Die Idee ist, diese modifizierten Nanodiamanten in eine Gewebeprobe einzubringen und von unten mit Laserlicht anzuregen, woraufhin die NV-Zentren rotes Licht emittieren. Nach einer definierten Dunkelzeit wird der Laser erneut eingeschaltet und die Intensität der Fluoreszenz gemessen. Aus dem Abfall dieser Intensität in Abhängigkeit von der Dunkelzeit lässt sich die sogenannte Relaxationszeit bestimmen. Dadurch ergibt sich ein Zeitmuster, das Rückschlüsse auf die Wirksamkeit einer Krebstherapie und den Zustand des Gewebes ermöglicht. „Wenn ein Arzneimittel anschlägt, haben Tumorzellen sogenannten oxidativen Stress. Die freien Radikale, die hier in der Zelle entstehen, interagieren mit den NV-Zentren und verändern deren Spinzustände, wodurch diese Relaxationszeit sinkt“, erläutert Marina Peters, wissenschaftliche Mitarbeiterin im Labor für Quantentechnologie am Fachbereich Physikingenieurwesen.
Die Relaxometrie ist konventionellen Verfahren in mehreren Punkten überlegen. Zum Beispiel werden nur wenige Zellen für eine Analyse benötigt und einzelne Krebszellen können identifiziert werden. Zudem ist die Messmethode spezifischer für relevante Marker, weniger störanfällig und sie ermöglicht sogar eine Art „Live“-Messungen. „Die Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältig“, unterstreicht Projektleiter Prof. Dr. Markus Gregor. Sie reichen von der Anwendung in wissenschaftlichen Forschungslabors bis hin zur Diagnostik direkt in Krankenhäusern, Kliniken und Labors. Das Forschungsprojekt soll darüber hinaus eine langfristige und erfolgreiche Zusammenarbeit der beteiligten Forschungs- und Unternehmenspartner in der Grenzregion im Bereich von Zukunftstechnologien wie Biotechnologie, Künstliche Intelligenz und Quantentechnologie ermöglichen.
NanoDetect wird im Rahmen des Interreg VI-Programms Deutschland-Nederland durchgeführt und mit knapp 3,44 Millionen Euro durch die Europäische Union, das niederländische Wirtschaftsministerium (EZ), das Ministerium für Wirtschaft, Industrie, Klimaschutz und Energie des Landes Nordrhein-Westfalen und die Niedersächsische Staatskanzlei sowie die Provinzen Groningen, Fryslân, Drenthe, Flevoland, Overijssel, Gelderland, Noord-Brabant und Limburg mitfinanziert.
Textquelle: FH Münster