Ohne Strahlung, hochsensibel: Diamanten helfen bei der Tumorsuche
Diamanten helfen bei der Tumorsuche: Neuer Sensor erkennt Krebs ohne Strahlung und könnte Operationen sicherer machen.
Nicht nur Schmuck: Diamanten werden in der Medizin zu präzisen Helfern – sie können Tumore ohne Strahlung sichtbar machen.
Foto: Smarterpix / belchonock
Die Suche nach Metastasen gehört zu den schwierigsten Aufgaben in der Krebsdiagnostik. Besonders wichtig ist es, herauszufinden, ob Krebszellen bereits in die Lymphknoten gewandert sind. Denn diese Information entscheidet über die weitere Behandlung. Bisher nutzen Kliniken radioaktive Tracer oder Farbstoffe. Beide Verfahren bringen Nachteile mit sich: Radioaktive Substanzen erfordern aufwendige Sicherheitsvorkehrungen, blaue Farbstoffe können allergische Reaktionen auslösen.
Ein Team der University of Warwick stellt nun eine Alternative vor. Forschende entwickelten einen hochsensiblen Magnetfeldsensor auf Diamantbasis, der Tumore ohne Strahlung sichtbar macht.
Inhaltsverzeichnis
Ein Sensor mit winzigem Diamanten
Der neue Sensor erkennt magnetische Flüssigkeiten, die Patientinnen und Patienten vor einer Operation injiziert werden. Diese Flüssigkeiten bestehen aus Eisenoxid-Nanopartikeln. Sie wandern über das Lymphsystem und lagern sich dort ab, wo auch Tumorzellen auftreten. Chirurginnen und Chirurgen können die Partikel mithilfe des Sensors verfolgen und so gezielt die befallenen Lymphknoten entfernen.
Die technische Basis ist ein winziger Diamant von nur 0,5 mm³. Er sitzt zusammen mit einem kleinen Permanentmagneten im Sondenkopf. Damit kommt das Gerät ohne sperrige Elektronik aus. Es ist handlich und kann sogar bei minimalinvasiven Eingriffen wie einer Schlüssellochoperation eingesetzt werden.
Alex Newman, Doktorand im Fachbereich Physik an der University of Warwick, erklärt:
„Es besteht ein echter Bedarf an vielseitigen, ungiftigen Mitteln zur Krebserkennung. Bei diesem neuen diamantbasierten Sensor ist es uns gelungen, die Größe des Sensorkopfes auf nur 10 mm zu reduzieren, was ihn zum ersten Diamantsensor macht, der magnetische Tracerflüssigkeit erkennen kann und gleichzeitig klein genug für endoskopische Anwendungen und Schlüssellochchirurgie ist.“
Sensibel bis ins Detail
Der Sensor reagiert bereits auf ein Hundertstel der üblichen Dosis magnetischer Markierungsflüssigkeit. Diese hohe Empfindlichkeit erweitert die Einsatzmöglichkeiten erheblich. Krebschirurg*innen können damit Tumorgewebe präziser lokalisieren und gesunde Bereiche besser schonen.
Die Empfindlichkeit verdankt der Sensor den sogenannten Stickstoff-Vakanz-Zentren im Diamant. Dabei handelt es sich um winzige Defekte im Kristallgitter. Sie verleihen dem Diamanten nicht nur eine rosa Färbung, sondern machen ihn auch zu einem extrem genauen Messinstrument für Magnetfelder.
Professor Gavin Morley, Leiter der Forschungsgruppe, erläutert: „Diamanten können Magnetfelder dank ihrer Farbsitze, den sogenannten Stickstoff-Vakanz-Zentren, wahrnehmen. Diese ermöglichen es dem Diamanten, sehr kleine Veränderungen im Magnetfeld zu erkennen, und verleihen ihm eine schöne rosa Farbe.“
Von der Theorie in die Praxis
Die Technologie wird bereits in der Klinik erprobt. Am University Hospitals Coventry and Warwickshire NHS Trust arbeitet der Brustkrebschirurg Stuart Robertson mit magnetischer Lokalisierung. Er betont:
„Ich setze die magnetische Lokalisierung mittlerweile regelmäßig in meiner Arbeit mit Brustkrebspatientinnen ein, um nicht tastbare Brustläsionen und Lymphknoten zu erkennen, da sie gegenüber herkömmlichen Techniken Vorteile bietet. Es ist großartig, mit der University of Warwick zusammenzuarbeiten und Möglichkeiten zur weiteren Optimierung der Magnettechnologie zu erforschen.“
Nanodiamanten als Helfer
Parallel dazu rücken Nanodiamanten in den Fokus der Medizin. Diese winzigen Partikel sind nur wenige Nanometer groß. Ihre Oberfläche eignet sich, um Medikamente gezielt an Krebszellen zu koppeln. Zudem fluoreszieren sie, also sie leuchten unter bestimmten Bedingungen. Das macht sie zu idealen Werkzeugen für die Bildgebung.
Kombiniert mit Medikamententransport ergeben sich neue Konzepte, die Fachleute als Theranostik bezeichnen: Diagnose und Therapie in einem einzigen Verfahren. Nanodiamanten könnten Tumore also nicht nur sichtbar machen, sondern zugleich die passende Behandlung liefern. Erste Studien zeigen, dass dadurch weniger Nebenwirkungen auftreten könnten.
Ein Beitrag von:
