Funktionelle einkettige Polymer-Nanopartikel für die biomedizinische photoakustische Tomographie

• Antragsteller: Professor Dr. Wolfgang Binder; Professor Jan Laufer, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik ; Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 542011057

Die molekulare photoakustische (PA) Tomographie ist ein hybrides Bildgebungsverfahren, das den starken Absorptionskontrast und die spektrale Spezifität rein optischer Modalitäten mit der hohen räumlichen Auflösung des Ultraschalls kombiniert. Da die Streuung akustischer Wellen im Gewebe um Größenordnungen geringer ist als die von Licht, bietet die PA-Bildgebung hochauflösende Bilder in Tiefen, die mit rein optischen Methoden nicht erreicht werden können. Um Gewebe sichtbar zu machen, die für sichtbare und nahinfrarote Anregungswellenlängen transparent sind, werden oft Kontrastmittel eingesetzt. Die Herausforderung bei deren Detektion besteht darin, dass sie sich nur in geringer Menge anreichern und daher einen schwachen Kontrast gegenüber dem starken Absorber Hämoglobin aufweisen. Um einen empfindlichen Nachweis zu ermöglichen, werden neue Kontrastmittel benötigt, welche einzigartige photophysikalische Eigenschaften besitzen. Darüber hinaus werden neue experimentelle Methoden benötigt, die diese Eigenschaften für die Detektion ausnutzen und so die Limitationen herkömmlicher Unmixing-Ansätze überwinden. Die Kontrastmittel sollen auch zusätzliche Funktionen bieten, wie z.B. die Visualisierung und Messung lokaler biophysikalischer und biochemischer Parameter. In diesem Projekt werden einkettige Polymernanopartikel für PA und optische Bildgebung entwickelt. Sie bieten eine starke Lichtabsorption, eine geringe Größe, geeignete Oberflächeneigenschaften für das Targeting und Biokompatibilität. Ihre einzigartigen photophysikalischen Eigenschaften, wie z. B. eine starke nichtlineare PA-Reaktion, ebnen den Weg für die Entwicklung hochempfindlicher Nachweismethoden, die auf einfachen experimentellen Ansätzen wie der Pump-Probe-Anregung beruhen. Die Nanopartikel bieten auch eine vielversprechende Grundlage für die Entwicklung neuartiger Biosensoren für bestimmte chemische Spezies, wie Ionen oder Enzyme, oder biophysikalische Parameter, wie den pH-Wert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen