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Jun 24, 2023

Das ist Gold: Goldnanopartikel in diagnostischen Innovationen

23. September 2022 10:25 Megan Muroski, PhD, leitende Produktmanagerin im Life-Science-Geschäft von Merck, erzählt, wie Goldnanopartikel weiterhin vielversprechend für diagnostische Innovationen sind. Shutterstock Gold

23. September 2022

10:25

Megan Muroski, PhD, leitende Produktmanagerin im Life-Science-Geschäft von Merck, erzählt, wie Goldnanopartikel weiterhin vielversprechend für diagnostische Innovationen sind.

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Goldnanopartikel, 3D-Illustration. Biotechnologischer und wissenschaftlicher Hintergrund

Nanopartikel sind vielversprechend für Anwendungen in der biomedizinischen Forschung und klinischen Therapien. Nanopartikel mit einer Größe von weniger als 100 nm verfügen über einzigartige physikalisch-chemische Eigenschaften, darunter ein hohes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen, starke Signalintensitäten und eine einstellbare Oberflächenchemie. Aufgrund ihrer großen Oberfläche können Nanomaterialien eine Vielzahl von Molekülen wie Antikörper, DNA und organische Farbstoffe beladen, was sie für den Nachweis geringer Konzentrationen von Analyten nützlich macht. Sie lassen sich außerdem leicht funktionalisieren, sodass mehrere Ziele gleichzeitig gemessen werden können.

Der Einsatz von Materialien wie Eisenoxid und Gold wurde im Bereich der Nanomedizin eingehend erforscht, da sie wünschenswerte und beispiellose Eigenschaften für chemische und biologische Nachweismethoden bieten. Goldnanopartikel sind leicht zu synthetisieren, im Handel erhältlich und gelten als biokompatibel, was sie zu idealen Reagenzien für den Einsatz in vielen Anwendungen macht, einschließlich Bioimaging, Nanomedizin und Diagnostik. Darüber hinaus weisen Goldnanopartikel eine lokalisierte Oberflächenplasmonenresonanz auf, die zu ihrer charakteristischen rubinroten Farbe führt, die je nach Partikelgröße ins Violette übergehen kann; Dadurch eignen sie sich besonders für kolorimetrische Auslesungen wie Lateral-Flow-Assays (LFAs). Darüber hinaus weisen Goldnanopartikel eine hervorragende Biokompatibilität und Stabilität auf, was für diagnostische Tests von entscheidender Bedeutung ist.

Aufgrund der gestiegenen Nachfrage nach Schnelltests während der COVID-19-Pandemie wurden Goldnanopartikel in den Mainstream der Testmaterialien katapultiert. Der Einsatz von auf Goldnanopartikeln (GNP) basierenden Lateral-Flow-Assays zur Erkennung von Krankheiten wie COVID-19 hat ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Komplexität und hoher Empfindlichkeit gezeigt. Bei der Lateral-Flow-Entwicklung hängt die Empfindlichkeit des Reporters im Assay von der visuellen Anzeige ab. Bei der Entwicklung sind viele Faktoren zu berücksichtigen, da Reporter ein möglichst großes Signal erzeugen müssen, aber auch klein genug sein müssen, um durch die Membran zu wandern und an molekulare Ziele zu binden. Weitere Einschränkungen von Schnelltests sind geringe Empfindlichkeit und Kreuzreaktivität. Goldnanopartikel können diese Einschränkungen überwinden, da sie ungefähr die gleiche Größe wie Antikörper haben und so eine 1:1-Auslesung mit einem großen Signal und einer gut sichtbaren Testlinie ermöglichen. Darüber hinaus können Goldnanopartikel leicht modifiziert werden, was eine Vielzahl von Anwendungen basierend auf ihrer Oberflächenchemie ermöglicht, beispielsweise den Nachweis des Wirtsantikörpers (serologisch) oder des Antigens. Ihre Eignung und Stabilität bieten einen Mehrwert für die oft preissensible Point-of-Care-Diagnostik. Schnelltestdiagnostik muss kostengünstig, einfach zu bedienen und ohne Instrumente auskommen.

Die umfangreiche Forschung zu Lateral-Flow-Tests mit Goldnanopartikeln hat zu erheblichen Verbesserungen ihrer Empfindlichkeit, Spezifität und Gesamtleistung geführt. Trotz der erheblichen Fortschritte bleiben für GNP-LFAs weitere Herausforderungen bestehen, darunter die Verbesserung der Reproduzierbarkeit der Gold-Nanopartikel-Synthese und das Fehlen regulatorischer Protokolle für die Entwicklung und Charakterisierung von Nanomaterialien, was die Mainstream-Integration von Assays begrenzt hat. Dies ist eine enorm anspruchsvolle Aufgabe, da die globalen Vorschriften variieren können und die Anzahl der unterschiedlichen Nanomaterialien ständig zunimmt. Es ist jedoch wichtig, Risiken zu verstehen, zu bewerten und zu verwalten, um sicherzustellen, dass Qualitäts- und Regulierungsstandards eingehalten werden. Unternehmen wie Merck haben das M-Clarity-System entwickelt, um Industrieforschern bei der Auswahl von Materialien zu helfen, die den richtigen Standards entsprechen. Trotz dieser Herausforderungen werden Goldnanopartikel zunehmend kommerziell erhältlich und unterliegen strengen Charakterisierungs- und Qualitätskontrollen. Dies könnte den Weg für eine universelle Schnelltestlösung ebnen, die weltweit leicht verfügbar und akzeptiert ist.

23. September 2022

10:25