Im Rahmen des von der Österreichischen Forschungsförderung geförderten Projekts Nanopartikel-Tracking ist es den Forschern des Software Competence Center Hagenberg (SCCH) gelungen, die Analyse von Nanopartikelproben maßgeblich zu verbessern. [...]
Die Charakterisierung von Nanopartikelproben hat einen hohen Stellenwert in Forschung und Entwicklung genauso wie in industriellen Prozessen. So bildet sie eine wichtige Voraussetzung für das Verständnis von Prozessen und deckt einen Teil der Qualitätssicherung in Biologie, Medizin, Chemie und Physik ab.
In der Entwicklung neuer Therapieoptionen für die Behandlung von Autoimmunkrankheiten und Krebs stehen beispielsweise Exosomen (30 bis 90 nm große intrazelluläre Bestandteile einer Zelle) hoch im Kurs. Die Analyse von Exosomen-Proben erfolgt meist über Nanopartikel-Tracking-Verfahren, die auf Basis der Brown’schen Diffusion die Größe der Partikel bestimmen. Das Ergebnis einer Nanopartikel-Messung ist die Größenverteilung der Partikel in einer Probe. Befinden sich allerdings verschieden große Partikel in einer Probe, dann kommt es oft zu einer Überlappung der Größenverteilungen, was die Bestimmung der einzelnen Partikelgrößen deutlich erschwert. Fehlmessungen, zusätzlicher Materialeinsatz und erhöhtes Abfallaufkommen waren die Folge.
EFFIZIENTER UND EXAKT
Die PARTICLE-METRIX GmbH aus Deutschland stellt Nanopartikel-Analysegeräte her, die von ihr angewendeten Methoden sind Nanoparticle Tracking und 180 Dynamische Lichtstreuung. „Wir wollten unser Analyseverfahren optimieren. Daher haben wir uns an die Experten des SCCH gewendet“, sagt Hanno Wachernig von PARTICLE METRIX. Thomas Hoch und Matthias Dorfer vom SCCH gelang es ein neues Verfahren zu entwickeln, das Partikel-Populationen auf Basis einer zusätzlich durchgeführten Charakterisierung der Partikel anhand ihrer visuellen Erscheinung im Bild sortiert. Dadurch ist es erstmals möglich, Partikel mit derselben Größe, aber unterschiedlichem Streulichtmuster in separate Verteilungen aufzuteilen. „Die Schwierigkeit bestand darin, die Videobilder so aufzubereiten, dass die extrahierten Bildmerkmale zur Charakterisierung der Partikel verwendet werden können. Denn die bildliche Abbildung eines Teilchens steht in keinem Zusammenhang mit seiner wahren Größe“, berichtet Hoch. Die SCCH-Forscher haben eine Softwarelösung entwickelt, die den bestehenden Nanopartikel-Tracking-Analysator der Firma PARTICLE-METRIX GmbH mit einer dynamischen Bildauswertung koppelt. „Nun werden die Partikel einer Probe mittels statistischer Verfahren nach ihren optischen Eigenschaften segmentiert.“
Im medizinischen Bereich, insbesondere in der Krebsforschung, können mit Hilfe von Nanopartikeltracking-Analysatoren sogenannte Extrazelluläre Vesikel (EVs) analysiert werden, welche mit anderen Techniken nicht oder nur unzureichend charakterisiert werden können. In den Materialwissenschaften werden neue Werkstoffe mit Abmessungen im Submikrometerbereich wie z.B. Kohlenstoff-Nanoröhrchen oder Pigmente, Füllstoffe wie Titandioxid, Siliziumdioxid oder TiO2 charakterisiert. Inzwischen wurde das neue Analyseverfahren des SCCH vor der International Society for Extracellular Vesicles (ISEV) in Washington, USA erfolgreich vorgestellt und es ist bei ausgewählten Kunden von PARTICLE METRIX testweise im Einsatz. Die Chancen stehen gut, dass dieses neue Verfahren zum Nanopartikeltracking Anwendung findet. „Unser Part ist soweit erfüllt. Aber wir haben natürlich schon Ideen für eine Weiterführung in diesem Forschungsbereich“, lässt Thomas Hoch durchblicken. (pi)
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