Gesundheitliche Überwachung via Gold-Tattoo: Ist das die Zukunft?

Ein unsichtbares Tattoo bestehend aus Gold-Nanopartikeln, das sich bei körperlichen Veränderungen verfärbt – was klingt wie Science Fiction könnte bald Realität werden. Das Tattoo soll eine bessere Früherkennung von Krankheiten und die allgemeine Überwachung der eigenen körperlichen Gesundheit ermöglichen. Das innovative System implantierter Biosensorik wurde neuerdings von einem Team Forschender der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) entwickelt.

Impuls schon länger erforscht – bisher ohne Erfolg

Dieser faszinierende Ansatz implantierbarer Sensoren ist gar nicht so neu, doch blieben bisherige Versuche weitgehend erfolglos. Das Problem war die Haltbarkeit: Die Implantate funktionierten nicht dauerhaft; viele wurden schon nach kurzer Zeit vom Körper abgestoßen. Bei anderen konnte sich die Pigmentierung nicht durchsetzen, da die Farben schnell verblassten und die Sensorik somit unbrauchbar wurde. Da die Implantate nur wenige Tage oder Wochen hielten, waren diese für längerfristige Überwachungen des Gesundheitszustands generell ungeeignet. Darüber hinaus gab es bei einigen Exemplaren Probleme mit der analytischen Übertragbarkeit, was sie aufgrund fehlender Rückschlussfähigkeit ebenso unbrauchbar machte.

Deutsche entwickeln erstes langlebiges Implantat

Doch Wissenschaftler der JGU schafften nun den Durchbruch: Das neuentwickelte „Tattoo“ soll mehrere Monate halten. Die darin enthaltenen Gold-Nanopartikel werden von einem Polymergewebe zusammengehalten und in dieser Form unter die Haut gepflanzt. Die Partikel sind grundsätzlich unsichtbar, ändern aber ihre Farbe, wenn sich etwas im Körper verändert. Erkannt werden Veränderungen durch die an den Nanopartikeln befindlichen Rezeptoren (Andockstellen), die auf gewisse Moleküle reagieren. Die Farbe ändert sich somit, wenn sich im Körper etwas tut, also sich bestimmte Moleküle modifizieren.

Warum Partikel aus Gold?

Dass die Wahl der Forscher ausgerechnet auf Gold-Nanopartikel fiel, hat einen bestimmten Grund: Die Materie kann Licht absorbieren. Diesen Prozess kann man sich in gewisser Art wie kleine Antennen vorstellen, die Lichtstrahlen streuen, wodurch das Tattoo gefärbt und damit sichtbar wird. Je nach molekularer Änderung wechselt der Farbton, womit Mediziner in der Lage sind Rückschlüsse auf den Gesundheitszustand zu ziehen. Die Farbveränderungen sind zwar da, für das menschliche Auge allerdings unsichtbar, da sie im Infrarotbereich liegen. Mithilfe eines eigenen Messgeräts können aber auch Farbtöne mit größeren Wellenlängen – wie Infrarotlicht – erkannt werden.

1-Cent großes Implantat verwächst mit Körper

Da unsere körpereigenen Immunzellen Fremdkörper im Normalfall abstoßen, muss ein solches Implantat eine dem menschlichen Gewebe entsprechende Zusammensetzung aufweisen. Diese Eigenschaften besitzt ein durchlässiges Hydrogel, in welches die winzigen Goldpartikel eingebunden sind. Außerdem wird dadurch eine Verschiebung der Teilchen verhindert. Die Poren des Hydrogels verschmelzen gewissermaßen mit dem Körper, denn diese verwachsen mit kleinen körpereigenen Zellen und Blutgefäßen. Das „Tattoo“ ist nicht einmal einen Millimeter dick; die Größe entspricht in etwa der einer 1-Cent-Münze.

Versuche an Ratten bestätigen Erfolg

Das Ganze mag etwas futuristisch erscheinen, es wurden allerdings bereits erfolgreiche Tests durchgeführt. Ratten, denen ein solches Implantat eingesetzt wurde, erhielten Antibiotika in unterschiedlichen Mengen. Die Gold-Nanopartikel wurden mit einer speziell für dieses Medikament entwickelten Beschichtung ausgestattet. Abhängig von der Menge des injizierten Wirkstoffs erschien das Tattoo in einem unterschiedlich starken Farbton, welcher über viele Monate anhielt. Das war möglich, da die Wirkstoffmoleküle tatsächlich an die dafür beschichteten Goldpartikel andockten.

Wofür sich der Erfolg auszahlen könnte

Die Versuche bestätigen ohne Zweifel die Effektivität des Implantats. Doch wie genau kommt uns diese Innovation nun zugute? In erster Linie ist die Wahl der Gold-Nanopartikel eine Errungenschaft, denn das Material ist in der Lage mehrere Beschichtungen sowie eintretende Verfärbungen dauerhaft zu halten. Deshalb kann es für diverse Zwecke genutzt werden. Damit könnte künftig die Konzentration von Medikamenten sowie von Biomarkern nachgewiesen werden. Biomarker können Zellen, Gene oder Moleküle wie ein Enzym oder Hormon sein. Diese Marker können in der Medizin Hinweise darstellen, mit welchen Krankheiten identifiziert werden können. Beispielsweise ist es möglich durch Mutationen bestimmter Gene Krebs zu diagnostizieren. Konkrete Anwendungsgebiete dafür lägen unter anderem in der Medikamentenentwicklung, medizinischen Forschung, Diagnose oder Therapie (chronischer) Krankheiten.