Das Forschungsgebiet der Nanotechnologie ist für viele bahnbrechende Erkentnisse verantwortlich, die häufig auf der Tatsache basieren, dass Materie auf der nanoskaligen Ebene einzigartige physikalische, chemische und biologische Eigenschaften aufweist. Ein prominentes Beispiel für diesen Effekt sind Goldnanopartikel. Goldnanopartikel erhalten ihre außergewöhnlichen physikochemischen Eigenschaften durch Oberflächeneffekte, deren Einfluss auf der nanoskaligen Ebene maßgeblich zunimmt. Zu Anwendungen, die sich diese plasmonischen Effekte zunutze machen, zählen unter anderem die spektroskopische Detektion von Analyten, die Katalyse oder auch die photothermische Therapie. Der Begriff photothermische Therapie beschreibt einen Therapieansatz, der sich elektromagnetische Strahlung zur Erzeugung von Hitze zunutze macht, welche dann gezielt Zellen abtötet. Das Ziel der Forschung an photothermischen Therapieansätzen, die sich hauptsächlich auf Krebstherapien konzentrieren, ist es, so effektiv wie gängige Therapieansätze zu werden und gleichzeitig weniger Nebenwirkungen hervorzurufen, da Gold ein chemisch inertes Material ist.

In dieser Arbeit wurde ein Testsystem entwickelt, dessen Ziel es ist, mit höchster Präzision Membranproteine zu binden, die mit der Entwicklung von Tumor-fördernden Effekten unter Immunzellen in Verbindung gebracht werden, um sie anschließend mittels photothermischer Therapie abzutöten. Zu diesem Zweck wurde eine so genannte Lipidnanoscheibe hergestellt, die Membranproteine in wässrigen Lösungen stabilisieren soll. Unterschiedliche Lipid-zusammensetzungen sowie Inkubationsbedingungen wurden getestet, um reproduzierbar stabile Lipidnanoscheiben herzustellen. Die Immunzellmarker PD-L1 und CD3 wurden als einzubettende Membranproteine ausgewählt. Um die Spezifität der Erkennung der korrekten Zielproteine zu erhöhen, wurde ein UNDDNS-Logikgatter eingesetzt. Dieses DNS-Logikgatter öffnet sich nur, wenn eine Kombination aus zwei Input-DNS-Strängen vorhanden ist, um die dafür notwendige Strangverdrängungsreaktionskaskade durchzuführen. Die Herstellung und Optimierung des DNS-Logikgatters wurde von Sayantan De aus der Arbeitsgruppe von Frau Prof. Barbara Saccà durchgeführt. Um eine präzise Erkennung der Proteine mit dem Logikgatter zu ermöglichen, wurden die beiden Input-DNS-Stränge kovalent an jeweils einen monoklonalen Antikörper, der spezifisch für je eins der ausgewählten Membranproteine ist, gebunden. Das Ziel dieses molekularen Präzisionsinstruments war die spezifische Erkennung der in Lipidnanoscheiben eingebetteten Membranproteine. Zu diesem Zweck wurden Magnetkügelchen als Reaktionsplattform ausgewählt. Die Oberfläche der Kügelchen wurde mit den Output-DNS-Strängen überzogen, um eine Hybridisierung des geöffneten Logikgatter-DNS-Strangs zu ermöglichen. Daraufhin sollte das geöffnete Logikgatter, inklusive der daran gebundenen Lipidnanoscheiben, an die DNS-Stränge auf den Kügelchen gebunden haben. Nach der Entfernung ungebundener Reaktanden durch Waschschritte wurde die Fluoreszenzintensität der DNS-Stränge und der Nanoscheiben bestimmt.

Da das übergeordnete Ziel dieses ambitionierten Projekts die Erhöhung der Spezifität der photothermischen Therapie ist, wurden im finalen Schritt Goldnanostäbchen hinzugefügt. 24 nm lange Goldnanostäbchen wurden mit einer stabilisierenden Polyethylenglykolschicht überzogen und anschließend an einen verlängerten Output-DNS-Strang gebunden. Dieses Konjugat wurde dann zu den Magnetperlen gegeben, um eine finale Strangverdrängungs-reaktion auszulösen, bei der sich das Logikgatter von den Magnetperlen löst und mit dem DNS-Strang auf den Goldnanostäbchen hybridisiert. Anschließende Fluoreszenzintensitäts-messungen der Nanostäbchen belegten die erfolgreiche Hybridisierung des DNS-Logikgatters inklusive der Lipidnanoscheiben. Somit wurde das gewünschte Konstrukt komplett zusammengesetzt. Diese Arbeit dient als erster Schritt in Richtung des Ziels, eine höchst präzise photothermische Therapie an Tumor-fördernden Immunzellen in der Tumormikro-umgebung durchzuführen.