Rund oder eckig

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Zahlreiche Experten gehen von einer großen Zukunft der Nanotechnologie im Medikamentenbereich aus. Damit könnten Wirkstoffe gezielt an den gewünschten Ort gebracht werden, ohne dass sie an Wirkung verlieren oder falsch freigesetzt werden. Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich haben herausgefunden, wie die Form von Nanoteilchen die Aufnahme in die Zielzellen beeinflusst. Die Arbeit wurde in "Nano Letters" vorgestellt.

Um die die Zelle umgebende Membran überwinden zu können, ist letztlich die Form der Nanopartikel entscheidend. Mit Hilfe eines Modells, das die Größe und Form der Teilchen, die Biegesteifigkeit der Membran sowie die Bindefreudigkeit zwischen Teilchen und Membran berücksichtigt, berechneten die Forscher, unter welchen Bedingungen Membranen Nanoteilchen einwickeln, unter welchen dies nicht gelingt und wann Membranen die Partikel nur teilweise umhüllen und diese quasi in der Grenzschicht stecken bleiben.

Es zeigte sich, dass das Umhüllen der Teilchen durch die Membran entweder kontinuierlich oder schrittweise abläuft. Entscheidend sind das Verhältnis von Länge und Breite der Teilchen und die Weichheit ihrer Rundungen. Wenn etwa bei einem runden Partikel die Adhäsionsstärke die Biegesteifigkeit der Membran übersteigt, wird es in einem kontinuierlichen Prozess komplett eingehüllt, da seine Rundung an jeder Stelle gleich ist. Ein Würfel dagegen kann schon bei einer sehr geringen Adhäsionsenergie zunächst mit einer Fläche an der Membran anhaften. Mehr Energie ist nötig, damit sich die Membran um die Kanten und die vier Seitenflächen herum anlegt, noch einmal eine stärkere Adhäsionskraft, um schließlich auch die letzten Kanten und die obere Fläche einzuhüllen.

Die Berechnungen der Jülicher Physiker sollten die Basis für das Design künftiger Nanoteilchen zum Einsatz in der Medizin legen. "Das birgt Anwendungspotenziale zum Beispiel für Sensormoleküle, die in die Membran eingelagert, aber nicht von der Zelle verschluckt werden sollen, oder für Nanomedikamente, die eine flache Stelle für die anfängliche Bindung, aber keine scharfen Kanten haben sollten, damit sie von der Zelle aufgenommen werden können", fasst Studienleiter Gerhard Gompper zusammen.