Robert Klatt
Ein neues Verbundmaterial mit Silizium-Nanopartikeln könnte die Krebstherapie mit UV-Licht revolutionieren.
Riverside (U.S.A.). In Deutschland sterben laut einer in den Annals of Oncology publizierten Studie 2023 etwa 240.000 Menschen an Krebs. Damit ist Krebs, gefolgt von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, die häufigste Todesursache. Forscher der University of California, Riverside (UCR) um Lorenzo Mangolini haben nun ein neues Verbundmaterial beschrieben, das in Zukunft die Krebstherapie deutlich verbessern könnte.
Laut der Publikation im Fachmagazin Nature Chemistry besteht das innovative Material aus kleinen Silizium-Nanopartikeln und einer organischen Verbindung besteht. Es ähnelt dem Material in OLED-Fernsehern und kann Licht niedrigerer Energie in Licht höherer Energie umwandeln, sowie den Energieaustausch zwischen zwei Molekülen beschleunigen.
„Das neue Material verbessert vorherige Versuche, etwas zu erschaffen, das Energie effizient zwischen zwei unterschiedlichen Komponenten austauscht. Es gibt viele Möglichkeiten, dies für eine Vielzahl von Anwendungen zu nutzen, aber vielleicht ist eine der wichtigsten aus gesundheitlicher Sicht die Krebstherapie.“
Im Körper des Patienten kann hochenergetisches Licht, etwa ultraviolettes Laserlicht, freie Radikale erzeugen, die Krebsgewebe angreifen. Bisher konnte UV-Licht aber noch nicht tief genug in das Gewebe eindringen, um die Radikale in der Nähe eines Tumors zu erzeugen. Nahes Infrarotlicht kann hingegen tiefgenug in den Körper eindringen, hat aber zu wenig Energie, um freie Radikale zu bilden.
In Experimenten konnten die Forscher mit dem neuen Verbundmaterial Licht niedriger Energie in eine höherenergetische Form umwandeln. Die sogenannte „Photon-Upconversion“ ermöglicht es also prinzipiell im Körper eines Krebspatienten in der Nähe des Tumor mit UV-Licht freie Radikale zu erzeugen.
Die Silizium-Punkte haben zudem viele weitere Anwendungsmöglichkeiten, darunter die Erhöhung der Effizienz für Solarzellen um etwa 30 Prozent.
„Diese Zellen nutzen normalerweise keine niederenergetischen Photonen, aber mit diesem System könnten sie es tun. Wir könnten die Arrays deutlich effizienter machen.“
Denkbar ist überdies der Einsatz des Silizium-Punkt-basierten Materials beim Bioimaging, beim lichtbasierten 3D-Druck, in Lichtsensoren und anderen Anwendungen, die Infrarotlicht verwenden.
Laut Sean Roberts sind die Wissenschaftler nicht nur von den potenziellen Anwendungen begeistert, sondern auch davon, eine neue Klasse von Verbundmaterialien wie dieses entwerfen zu können. Komposite sind Materialien, die sich anders verhalten als ihre Basis-Komponenten, wenn sie allein wirken. Beispielsweise sind Komposite aus Kohlefasern und Harzen stark und leicht und werden in Flugzeugflügeln und vielen Sportartikeln verwendet.
„Wir wissen jetzt, wie man zwei extrem unterschiedliche Substanzen stark genug verbinden kann, um nicht nur eine Mischung, sondern ein völlig neues Material mit eigenen Eigenschaften zu schaffen. Dies ist eines der ersten Male, dass dies erreicht wurde.“
Annals of Oncology, doi: 10.1016/j.annonc.2023.01.010
Nature Chemistry, doi: 10.1038/s41557-023-01225-x
