Forschende aus dem SNI-Netzwerk haben eine einfache Methode zur Oberflächenmodifizierung von Goldnanopartikeln entwickelt, die für die oberflächenverstärkte Raman-Streuung (Surface-Enhanced Raman Scattering, SERS) eingesetzt werden könnten. Die daraus entstehenden Nanopartikel, sogenannte «Nanotags», können Krebszellen gezielt erkennen und ein messbares optisches Signal erzeugen. Damit bieten sie Potenzial für eine präzisere Krebsdiagnostik und zukünftige Anwendungen während Operationen. In einer kürzlich in der Fachzeitschrift Materials Today Bio veröffentlichten Studie beschreiben die Forschenden eine zweistufige Beschichtungsstrategie mit zwei Polyethylenglykol-(PEG)-Konjugaten, die entweder einen Raman-Reporter oder einen Antikörper tragen. Diese abgestimmte Beschichtung ermöglicht es den Nanotags, Krebszellen mit einem bestimmten Biomarker zu erkennen und gleichzeitig ein stabiles SERS-Signal aufrechtzuerhalten.

Bei der Surface-Enhanced Raman Scattering (SERS)-Bildgebung wird ein Laser auf die Nanotags gerichtet, nachdem diese spezifisch an Krebszellen gebunden haben. Die Goldnanopartikel verstärken die Raman-Signale von den Raman-Reportern auf der Goldoberfläche. Dadurch entsteht ein charakteristischer «Fingerabdruck», der mit einem Raman-Mikroskop detektiert und dazu genutzt werden kann, bestimmte Zellen oder Gewebe zu identifizieren.

Damit die Nanotags gezielt Krebszellen erkennen können, werden sie mit Antikörpern funktionalisiert, die bestimmte Rezeptoren auf der Zelloberfläche erkennen. In dieser Studie wählten die Forschenden als Ziel den epidermalen Wachstumsfaktorrezeptor (EGFR) – ein Protein, das auf der Oberfläche bestimmter Eierstockkrebszellen vorkommt. Um ihre Funktion zu behalten, müssen die Nanotags zudem stabil bleiben und unerwünschte Ablagerungen vermieden werden.

Die Kombination aus einer hohen SERS-Signalverstärkung, einer spezifischen Krebszellen-Erkennung und der notwendigen Stabilität der Nanopartikel in einem einzigen Nanotag ist anspruchsvoll. Forschende der Hochschule für Life Sciences der FHNW, des Departements für Biomedizin des Universitätsspitals Basel und des Departements Chemie der Universität Basel haben nun für 60 Nanometer grosse Goldnanopartikel ein zweistufiges Beschichtungsverfahren entwickelt, das diese Herausforderungen adressiert.

Optimierte Oberflächenbeschichtung
Die Teams unter der Leitung von Dr. Sina Saxer (FHNW), Dr. Francis Jacob (Universitätsspital Basel) und Prof. Dr. Jonathan de Roo (Universität Basel) verwenden zunächst ein Tensid, um die Goldnanopartikel vorübergehend zu stabilisieren. Dieser Schritt ermöglicht es, die Nanotags in den für die Anbindung der Anti-EGFR-Antikörper erforderlichen Pufferlösungen stabil zu halten. Anschliessend wird eine schützende PEG-Beschichtung aufgebracht, um die Oberflächenmodifizierung abzuschliessen.

«Die vorübergehende Stabilisierung stellt sicher, dass die Nanopartikel während der Immobilisierung der Anti-EGFR-Antikörper nicht aggregieren», erklärt Alessandro Stumpo, Erstautor der Veröffentlichung in Materials Today Bio und Doktorand an der SNI PhD School. «In unseren Experimenten trugen etwa drei Viertel der Nanotags EGFR-Antikörper, wobei die Bindungsstellen für den EGFR-Rezeptor aktiv und zugänglich waren.»

Die Forschenden konnten die Spezifität der Nanotags in in vitro-Experimenten nachweisen. Die Nanotags ermöglichten eine Differenzierung von EGFR-positiven und EGFR-negativen Eierstockkrebszellen über SERS-Signale. Dies zeigt, dass sie Zellen anhand des Vorhandenseins des Zielrezeptors unterscheiden können.

Die optimierte Beschichtungsstrategie bildet eine vielversprechende Grundlage für die Entwicklung von SERS-Nanotags für eine präzise Krebsdiagnostik. In Zukunft könnten solche Nanotags möglicherweise während Operationen eingesetzt werden, um Tumorgewebe zu identifizieren und zwischen Tumorgewebe und umliegendem gesundem Gewebe zu unterscheiden.

Originalpublikation:
Two-Step PEG-Based Surface Functionalization of Gold Nanoparticles Enables Specific SERS Imaging of EGFR in an Ovarian Cancer Cell Model

Alessandro Stumpo, Ricardo Coelho, Monica Nunez Lopéz, Lucy Kind, Jonathan De Roo, Francis Jacob, Sina Saxer 

Materials Today Bio, 2026, 103602, https://doi.org/10.1016/j.mtbio.2026.103602