Ins Innere von Nano-Medikamenten spähen

02.04.2013: Mit mehr als 600.000 Euro unterstützen die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und das Wissenschaftsministerium Nordrhein-Westfalen die Anschaffung einer neuen Röntgenanlage für die naturwissenschaftlichen Fakultäten der Universität Bielefeld. Die Forscherinnen und Forscher analysieren mit dem Gerät künftig Materialien, die tausend Mal kleiner sind als ein typisches Bakterium. Präzise heißt das Gerät Röntgenkleinwinkeldiffraktometer. Mit seiner Hilfe wollen die Wissenschaftler Nano-Materialien entwickelten, um beispielsweise Medikamente treffsicherer zu machen und Giftstoffe zu neutralisieren.

„Röntgentechniken spielen eine große Rolle in der Erforschung von Nano-Materialien – zum Beispiel bei der Entwicklung intelligenter Trägermaterialien für Medikamente“, sagt Professor Dr. Thomas Hellweg von der Fakultät für Chemie. Er war federführend für den DFG-Antrag zuständig, den er erfolgreich zusammen mit Kolleginnen und Kollegen aus den Fakultäten für Physik, Biologie und Chemie gestellt hat. „Wir wollen das Gerät unter anderem für die Untersuchung von intelligenten Mikrogelen einsetzen. Mit ihnen lassen sich Medikamente in den Körper transportieren, um genau dort freigesetzt zu werden, wo sie wirken sollen.“ Mit dem Röntgenmikroskop wollen Hellweg und sein Team künftig untersuchen, wie verschiedene Mikrogele aufgebaut sind. Im nächsten Schritt schleusen sie Medikamente und Nanopartikel in das Mikrogel ein. „Die Nanopartikel können unter anderem magnetisch und temperaturempfindlich sein“, sagt Hellweg. Die Idee: Nimmt ein Patient das Mikrogel ein, kann der Arzt es von außen mit Magneten an die Stelle – zum Beispiel die Leber – lenken, an der das Medikament ausgeschüttet werden soll. Durch magnetische Wechselfelder bringt der Arzt die Nano-Partikel von außen zum Erhitzen. Die Wärme führt dazu, dass das Mikrogel den Wirkstoff freisetzt. „Drug Delivery“ nennt sich diese treffsichere Ausschüttung von Medikamenten.

Darüber hinaus will Hellwegs Arbeitsgruppe „Physikalische und Biophysikalische Chemie“ die neue Röntgenanlage auch für die Erforschung von Mikroemulsionen einsetzen. Mikroemulsionen sind Gemische aus Wasser und Öl, die mit Tensiden (Seifen) stabilisiert sind. „Wir können Mikroemulsionen herstellen, mit denen sich gefährliche chemische Stoffe wie Pflanzenschutzmittel neutralisieren lassen“, sagt Hellweg. Möglich ist das, weil Mikroemulsionen Enzyme aufnehmen und transportieren können. Diese Proteine zersetzen dann den giftigen Stoff.

Neben Mikrogelen und Mikroemulsionen untersuchen Bielefelder Forscherteams mit dem Gerät in Zukunft auch die Bildung von Eiskristallen in Wolken, Enzymen in Lösung sowie Halbleiterstrukturen in Nano-Größe. Die Ausschreibung für die Röntgenanlage ist jetzt angelaufen. Voraussichtlich in fünf Monaten soll sie erstmals für Analysen genutzt werden.

Die neue Röntgenanlage wird in dem Profilschwerpunkt Molekular- und Nanowissenschaften der Universität Bielefeld eingesetzt. In diesem breiten Feld hat sich die Universität mit einem fokussierten Profil an den Schnittstellen zwischen Physik, Chemie, Biologie und Bioinformatik national und international deutlich sichtbar positioniert. Die aktuellen Forschungsschwerpunkte reichen von Nanoschichten und Einzelmolekülprozessen bis hin zu bakteriellen, pflanzlichen und tierischen Zellen.