Lichtgedanken 05

S C HW E R P U N K T 16 chen Organismus, sind sie noch nicht geeignet. »Über die Gesundheitsgefähr- dung durch UV-Strahlung weiß heute jeder Bescheid«, ist sich Schacher sicher. »Arzneimittel zu verabreichen, die im Körper erst durch intensive UV-Strah- lung freigesetzt werden müssen, ist si- cherlich keine Option.« Ziel der Chemiker ist es daher, die An- regungswellenlänge für lichtsensible Nanopartikel in den biologisch ver- träglichen Wellenlängenbereich zu ver- schieben – in den sichtbaren und nahen Infrarotbereich. In diesem »biologischen Fenster« seien kaumWechselwirkungen mit dem Körpergewebe oder Blutbe- standteilen zu erwarten, eine Bestrah- lung mit Licht dieser Wellenlängen er- laubt Eindringtiefen in Gewebe bis zu zehn Millimeter und dürfte sich als gut verträglich erweisen. Energiewandler setzen Reaktionskette in Gang Photosensible Moleküle, die in diesem Wellenlängenbereich ähnliche Effekte erzielen, sind bislang jedoch nicht ver- fügbar. Schacher und sein Team gehen daher einen anderen Weg. Sie wollen zusätzlich in Zusammenarbeit mit der Arbeitsgruppe um Prof. Benjamin Diet- zek in die Nanopartikel sogenannte Energiewandler integrieren – Mole- küle oder kleine Kristallite, die in der Lage sind, unschädliches Infrarotlicht zu absorbieren und lokal in energierei- che UV-Strahlung umzuwandeln. Dies könnte die Photosäuren aktivieren und auf diese Weise die Freisetzung des Wirkstoffs aus dem Partikel induzieren. »Da dies ausschließlich lokal, innerhalb Kontakt Prof. Dr. Felix Schacher Institut für Organische Chemie und Makromolekulare Chemie Lessingstr. 8, 07743 Jena Telefon: +49 36 41 9-48250 E-Mail: felix.schacher@uni-jena.de www.jenano.de Original-Publikation: Light-Responsive Terpolymers Based on Po- lymerizable Photoacids, Polymer Chemistry (2017), DOI: 10.1039/c7py00571g der Partikel passiert, kann das UV-Licht dem Organismus keinen Schaden zu- fügen«, betont Felix Schacher. Hierbei wird das Team seit November 2017 von der Doktorandin Maria Sittig (AG Diet- zek) und der Postdoktorandin Dr. Jessi- ca Tom (AG Schacher) unterstützt. Bauplan für Nanopartikel als Lego- Modell Wie der Bauplan solcher lichtsteuerba- ren Nanopartikel im Detail aussehen kann, erläutert der Chemiker an einem etwa 20 Zentimeter großen Modell aus farbigen Legosteinen (siehe Foto S. 17). Die Partikel sind aus mehreren Schich- ten aufgebaut, die unterschiedliche Funktionalitäten vereinen. Sie enthalten einen Kern aus Seltenerden-dotierten Nanopartikeln (NaYF4:Yb,Tm) mit ca. 20 nm Durchmesser. Dieser Kern fun- giert als Energiewandler, er absorbiert eingestrahltes sichtbares oder Infra- rot-Licht und wandelt es in kurzwel- ligere ultraviolette Strahlung um. Um den Kern herum liegt die lichtsensible aktive Schicht (rot), in der sich auch der potenzielle Wirkstoff befindet (grün). Werden die Photosäuren durch das UV-Licht »eingeschaltet«, quillt die- se Schicht auf und der Wirkstoff wird aus dem Partikel freigesetzt. Um das Ganze für eine Anwendung als Arznei- mittel-Transportsystem kompatibel zu machen, umhüllt schließlich eine wei- tere Schicht (gelb) die Nanopartikel. Diese Schicht aus Polyethylenglykol, kurz PEG, schützt die Partikel vor der Anlagerung von Eiweißen im Blut und kann dadurch ihre Zirkulationszeit ver- längern. Das Team um Prof. Dr. Felix Schacher ist nicht nur in Sachen Photochemie erfin- dungsreich: Um die Struktur der avisierten Nanopartikel mit »Lichtschalter« anschau- lich zu machen, nutzen sie ein Modell aus Legosteinen. Hierbei stellen die grünen Bausteine die Photosäuren dar, die in einer Matrix aus einem Polymer eingebettet sind, das je nach pH-Wert seine Löslichkeit ändert (rote Steine).