01.09.2022 - Bar-Ilan University

Forscher stellen Nanodiamanten her, die über die Haut medizinische und kosmetische Wirkstoffe abgeben können

Mithilfe fortschrittlicher optischer Technologie können die genaue Position und Konzentration von Nanodiamanten nicht-invasiv überwacht werden, so dass keine Biopsie erforderlich ist

Die Haut ist eines der größten und am besten zugänglichen Organe des menschlichen Körpers, aber das Eindringen in ihre tiefen Schichten für medizinische und kosmetische Behandlungen entzieht sich noch immer der Wissenschaft.

Es gibt zwar einige Mittel - wie Nikotinpflaster zur Raucherentwöhnung -, die über die Haut verabreicht werden, aber diese Behandlungsmethode ist selten, da die Partikel, die sie durchdringen, nicht größer als 100 Nanometer (ein Tausendstel eines Zentimeters) sein dürfen. Es ist eine große Herausforderung, mit solch winzigen Partikeln wirksame Mittel zu entwickeln. Da die Partikel so klein und schwer zu sehen sind, ist es ebenso schwierig, ihre genaue Position im Körper zu bestimmen - eine Information, die notwendig ist, um sicherzustellen, dass sie das gewünschte Zielgewebe erreichen. Heute werden solche Informationen durch invasive, oft schmerzhafte Biopsien gewonnen.

Ein neuartiger Ansatz, der von Forschern der Bar-Ilan-Universität in Israel entwickelt wurde, bietet eine innovative Lösung zur Überwindung dieser beiden Herausforderungen. Indem sie Techniken der Nanotechnologie und der Optik kombinierten, stellten sie winzige (nanometrische) Diamantpartikel her, die so klein sind, dass sie die Haut durchdringen können, um medizinische und kosmetische Heilmittel zu verabreichen. Darüber hinaus haben sie eine sichere, laserbasierte optische Methode entwickelt, mit der das Eindringen von Nanodiamanten in die verschiedenen Hautschichten quantifiziert und ihre Position und Konzentration im Körpergewebe auf nicht-invasive Weise bestimmt werden kann, so dass eine Biopsie nicht erforderlich ist.

Diese Innovation wurde soeben von Forschern des Institute of Nanotechnology and Advanced Materials der Universität in Zusammenarbeit mit der Kofkin-Fakultät für Ingenieurwesen und dem Fachbereich Chemie in der Fachzeitschrift ACS Nano veröffentlicht.

Nanodiamanten - ein Millionstel Millimeter groß - werden durch die Detonation von Sprengstoff in einer geschlossenen Kammer hergestellt. Unter diesen Bedingungen führen hohe Temperaturen und hoher Druck dazu, dass die im Sprengstoff enthaltenen Kohlenstoffatome miteinander verschmelzen. Die dabei entstehenden Nanodiamanten sind klein genug, um Gewebe - und sogar Zellen - zu durchdringen, ohne Schaden anzurichten.

Nanodiamanten und Medikamentenlieferung

Ähnlich wie Lastwagen, die Medikamente ausliefern, können künstliche Diamanten verschiedene Medikamente an die gewünschten Ziele bringen, wobei die Entfernung und der Ort aufgrund der winzigen Größe der Nanodiamanten kontrolliert werden können. Der Ansatz der Medikamentenabgabe mit Hilfe von Nanopartikeln hat sich bereits in früheren Forschungsarbeiten als erfolgreich erwiesen.

Die an der Bar-Ilan-Universität neu entwickelten Nanodiamanten haben sich auch als wirksame Antioxidantien erwiesen. Diese Eigenschaft gewährleistet, dass die Partikel, die in den Körper eindringen, sowohl sicher als auch therapeutisch sind, da sie aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften mit Medikamenten beschichtet werden können, bevor sie in den Körper gelangen.

Optische Verfolgung von Nanodiamanten

Die von dem Forscherteam entwickelte optische Methode ermöglicht es ihnen, die relativen Konzentrationen von Nanodiamanten in den verschiedenen Hautschichten (Epidermis, Dermis und Fett) durch eine sichere und nicht-invasive Messung mit einem Laser mit blauer Wellenlänge zu bestimmen - ein einzigartiges Ergebnis, wenn man bedenkt, dass bei humanmedizinischen Untersuchungen und Behandlungen in der Regel Laser mit roter Wellenlänge verwendet werden. Um festzustellen, wo und in welcher Konzentration sie sich in der Haut befinden, werden die Patienten kurz dem blauen Laserstrahl ausgesetzt. Ein optisches System erstellt ein fotografieähnliches 3D-Bild, aus dem optische Veränderungen im behandelten Gewebe extrahiert und mit Hilfe eines speziell entwickelten Algorithmus mit dem angrenzenden, unbehandelten Gewebe verglichen werden können.

"Dies ist eine bedeutende Entwicklung in der Dermatologie und in der optischen Technik", sagt Prof. Dror Fixler, Direktor des Instituts für Nanotechnologie und fortgeschrittene Materialien an der Bar-Ilan-Universität und Mitglied des Forschungsteams. "Es könnte die Tür öffnen für die Entwicklung von Medikamenten, die durch die Haut appliziert werden, sowie für moderne kosmetische Präparate, die fortschrittliche Nanotechnologie nutzen." Fixlers Forschung, die von der Forscherin Channa Shapira und anderen unterstützt wird, zeigt die Bedeutung optischer Innovationen für die klinische Anwendung.

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