Entwicklung von Nanodiamant-basierten Drug delivery- und Quantensensor-Systemen zur Behandlung urologischer Tumore
Development of nanodiamond-based drug delivery and quantum sensor systems for the treatment of urological tumors
Das Projekt wird in Kooperation mit der Forschungsgruppe „Biosensorische Nanopartikel und Oberflächen“ des Leibnitz-Instituts für Oberflächenmodifizierung, Leipzig bearbeitet (Gesamtprojektleiter: Dr. Christian Laube).
Individualisierte Therapien gewinnen in der Onkologie zunehmend an Bedeutung. Als ein vielversprechender Ansatz haben sich Farbzentren-haltige, oberflächenmodifizierte Nanodiamanten (ND) herauskristallisiert, deren Funktionalisierung die Anbindung von Liganden/Antikörpern, Medikamenten (z.B. Zytostatika) und Sensormolekülen ermöglicht. Ihr Vorteil liegt in der niedrigen Toxizität und der Nutzung der Oberfläche als Reaktionsmatrix. Dieser Ansatz erlaubt eine Liganden/Antikörper-vermittelte Aufnahme der NDs in die jeweiligen Tumorzellen und führt zu einer Tumor-selektiven Wirkung der gekoppelten Zytostatika. Die integrierten Farbzentren ermöglichen darüber hinaus quantensensorische Messungen von Temperatur und reaktiven chemischen Spezies im Gewebe, beides Frühindikatoren für die Gewebeveränderungen und Therapiewirksamkeit. Die Möglichkeit der Hyperpolarisation mit Stickstoff-Vakanz-Zentren bietet zudem die Bildgebung der ND-Drug/Sensor-Konjugate im MRT. Kritische Anwendungsparameter (z.B. Medikamententransport, Wirkstoffverteilung und -wirksamkeit) können damit in Echtzeit beobachtet werden. Ziel des Projektes ist die Entwicklung und zelluläre Testung von funktionalen NDs für die personalisierte Diagnostik und Therapie („Theranostik“) urologischer Tumore.
The project is realized in collaboration with the research group “Biosensory Nanoparticles and Surfaces" at the Leibniz Institute for Surface Modification in Leipzig (overall project head: Dr. Christian Laube).
Individualized therapies have become increasingly important in oncology. Surface-modified nanodiamonds (ND) containing fluorescent centers have emerged as a promising approach, as their functionalization allows the binding of ligands or antibodies, drugs and sensor molecules. Their advantage lies in their low toxicity and the use of the surface as a reaction matrix. This approach enables ligand/antibody-mediated targeting of tumor cells and leads to a tumor-selective effect of the coupled cytostatic drugs. The integrated fluorescent centers also facilitate quantum-sensory measurements of temperature and reactive chemical species in tissues, both of which are early indicators of pathological changes and therapeutic efficacy. The possibility of hyperpolarization with nitrogen vacancy centers also allows imaging of the ND drug/sensor conjugates in MRI. Critical application parameters (e.g., drug transport, distribution, and efficacy) can thus be monitored in real time. The aim of the project is the development and in vitro evaluation of functional NDs for personalized diagnosis and treatment of urological tumors.