Aktueller Kontext

Innovationen in der Diagnose…

Heute besteht das Hauptziel darin, die Wirksamkeit der Diagnoseinstrumente zu verbessern, insbesondere im Hinblick auf Prävention und Früherkennung. Zuerst im Bereich der medizinischen Bildgebung, wo die vielen Techniken (Radiographie, MRT, Szintigraphie) durch Nanopartikel oder Mikroblasen ihrer bisherigen Verwendung ersetzt werden könnten. Der Vorteil liegt vor allem in dem Potenzial für eine verbesserte Auflösung und Bildspezifität. Die Theranostik, wie ihr Name schon sagt (Kontraktion von Therapie und Diagnose), versucht, zwei Aktionen zu kombinieren: Targeting und Behandlung. Dies sind im Allgemeinen Objekte, denen ein Molekül mit einem fluoreszierenden oder radioaktiven Sonden- oder MRT-Kontrastmittel zugesetzt wurde, das die Diagnose und Freisetzung eines Medikaments ermöglicht. Im Hinblick auf Prävention und Früherkennung besteht die Herausforderung daher darin, biologische Phänomene auf molekularer Ebene antizipieren zu können. Die in der klassischen Medizin beobachtbaren Symptome sind jedoch nur das Ergebnis dieser Phänomene. Die Entwicklung effektiver Diagnose- und Targeting-Tools wie Nanomaterialien sowie Studien über objektlebende Umweltwechselwirkungen auf verschiedenen Skalen könnten daher helfen, viele Krankheiten frühzeitig zu diagnostizieren (Krebs (magnetische Nanopartikel), neurodegenerative Krankheiten (Mikroblasen und Sonoporation (Öffnung der Blut-Hirn-Schranke zum Schutz des Gehirns)).

…als auch in der Implantologie.

Viele Implantate (HNO, Gefäßimplantate) benötigen eine robuste Antihaftbeschichtung, d. h., deren Eigenschaften sich mit der Zeit nicht ändern. Einfache und effektive Lösungen werden von den Herstellern immer noch gesucht. Antihaftbeschichtungen sind auch notwendig, um eine mikrobielle Besiedlung (Bakterien und Pilze), z.B. für Herzklappen, zu vermeiden. Ebenso muss die Zelladhäsion bei einigen Implantaten vermieden werden (Stents, Bauchbruchprothesen, etc.). Tatsächlich erkrankt jeder zwanzigste Patient im Krankenhaus an einer Infektion in der Einrichtung, in der er behandelt wird. Diese Infektionen sind sehr oft mit invasiven Eingriffen verbunden, die ein Medizinprodukt erfordern (Katheter, Sonden, Implantate). Die Entstehung von antibiotikaresistenten Keimen ist ein Faktor, der den Anstieg dieser nosokomialen Infektionen erklärt. Daher ist es unerlässlich, neue Strategien zu entwickeln, um diese Infektionen im Zusammenhang mit implantierten Materialien zu bekämpfen oder Entzündungsprozesse nach dem Setzen von Knochen- oder Kunstimplantaten effektiv und in vivo zu überwachen. Die Entwicklung intelligenter bakterizider Beschichtungen, d.h. Beschichtungen, die nur in Gegenwart des Erregers aktiviert werden, sollte für viele Zahn-, Orthopädie- oder Gefäßimplantate (Herzklappen, Herzschrittmacher und Herzdefibrillatoren etc.) sinnvoll sein.

Die wichtigsten Trends bei der Verwendung von Nanomaterialien im Gesundheitswesen sind die folgenden:

  • ein multimodaler Ansatz für die Entwicklung von Kontrastmitteln und Radiopharmaka
  • die Entwicklung von synergistischen Werkzeugen, den so genannten „Theranostika“, die diagnostische und therapeutische Eigenschaften kombinieren.
  • die Entwicklung von Werkzeugen für die Präzisionsmedizin
  • regenerative Medizin oder wie man den erhöhten Menschen erreicht.

 

Im Bereich der medizinischen Bildgebung

Viele bildgebende Verfahren (Radiographie, MRT, Szintigraphie, Optik) beruhen auf der Überwachung der Entwicklung von Kontrastprodukten, die in den Körper injiziert werden. Nanopartikel stellen eine interessante Alternative zu den derzeit verwendeten Wirkstoffen (organische Fluoride oder radioaktive Isotope) dar, da sie die Auflösung und Spezifität von Bildern verbessern könnten, die mit einem multimodalen Ansatz, d.h. einer Kombination aller komplementären Bildgebungsverfahren (Atombildgebung + funktionelle Bildgebung), erhalten wurden, während sie vom Körper besser vertragen werden.

Ihre Eigenschaften werden bereits heute in der Magnetresonanztomographie (MRT) genutzt, wo Eisenoxid-Nanopartikel für bestimmte Anwendungen eingesetzt werden können. Es wird derzeit daran gearbeitet, die Palette der verfügbaren Wirkstoffe und der für diese Wirkstoffe geeigneten bildgebenden Verfahren zu erweitern.

Weitere Perspektiven ergeben sich auch im Bereich der funktionellen Bildgebung, durch die es möglich ist, die Funktion von normalem oder pathologischem Gewebe dynamisch zu untersuchen. So werden beispielsweise photolumineszierende Nanopartikel entwickelt, die Proteine enthalten, die bestimmte Zellen spezifisch erkennen: Ihre Photolumineszenz wird aktiviert, wenn sie an ihr Ziel binden, so dass sie durch medizinische Bildgebung beobachtet werden können. In ferner Zukunft könnte ihm eine therapeutische Verbindung hinzugefügt werden, um eine einzige Targeting- und Behandlungsaktion, die so genannte Theranostik, einzubinden.

Gewebe reparieren oder ersetzen

Ob knöchern, kutan, nervös, kardial…. jedes Gewebe des Körpers kann nach einer Krankheit oder einem Trauma beschädigt werden. Sie können auch anormal oder dysfunktional sein, aufgrund einer genetischen oder konstitutionellen Anomalie. Auf jeden Fall ist die Idee, sie durch gesundes, normales oder funktionelles Gewebe reparieren oder ersetzen zu können, die vielversprechende Perspektive der regenerativen Medizin. In diesem Zusammenhang sind Nanobiomaterialien von besonderem Interesse. Diese biokompatiblen Materialien können tatsächlich so strukturiert werden, dass sie eine Oberfläche aufweisen, die der von physiologischem Gewebe nachgebildet ist. Sie können auch ein zwei- oder dreidimensionales Gerüst bilden, das dann von den Zellen besiedelt wird: ex vivo Stammzellen oder in vivo Zielgewebezellen. In einigen Fällen können diese Nanobiomaterialien auch ein lokal verabreichbares Therapeutikum, ein bakterizides Mittel zur Verhinderung der mikrobiellen Besiedlung und ein Bildgebungsmittel zur Überwachung der Implantation beinhalten.