Die Pränukleationscluster wurden vor einigen Jahren in der Arbeitsgruppe von Helmut Cölfen entdeckt. Damit einher ging ein Paradigmenwechsel in der Nukleationstheorie, der Lehre von der Entstehung aller festen und flüssigen Materialien. Während das klassische Lehrbuchwissen die Nukleation als einen Schritt von einzelnen Ionen, Atomen oder Molekülen zur Mineralisation beschreibt, erkannte die Arbeitsgruppe des Professors für Physikalische Chemie vier Schritte.
Pränukleationscluster stellen dabei eine flüssige Vorstufe der Kristallisation dar. Für die Studie in Nature Communications versetzten die Forschenden die Calziumcarbonat-Pränucleationscluster mit Gadolinium-Ionen. Gadolinium ist ein sehr schweres Element, das bei der Magnetresonanz-Bildgebung den Kontrast herstellt und auch im kommerziellen Kontrastmittel verwendet wird.
"Das Rezept ist denkbar einfach“, sagt Helmut Cölfen. Man gebe der Calcium-Chlorid-Lösung Gadolinium-Chlorid hinzu und stabilisiert die Pränukleationscluster mit Polyacrylsäure. Dies ergibt eine wässrig-klare Lösung, der Natriumcarbonat hinzugefügt wird, damit sich die Calcium/Gadoliniumcarbonat-Pränukleationscluster bilden können.
Diese sind nur eineinhalb Nanometer groß, eineinhalb Milliardstel Millimeter. Mit 20 Prozent Wasseranteil haben sie einen sehr großen Wassergehalt, der letztlich für den Kontrast in der magnetischen Resonanz-Bildgebung verantwortlich ist.
Das Kontrastmittel aus den Pränukleationsclustern liefert – im Vergleich zu dem kommerziell erzeugten – mit derselben Menge drei- bis viermal kontrastreichere MRT-Aufnahmen. Helmut Cölfen weist auf einen weiteren Vorteil hin: "Medizinisch gesehen könnte man auch weniger Kontrastmittel geben, wenn der Kontrast schon hinreichend ist.“
Hergestellt wurde es für die Studie im Maßstab von zweieinhalb Litern. Eine große Menge für die Grundlagenwissenschaft, die normalerweise im Milliliter-Bereich arbeitet. "Die Chemikalien kosten nur ein paar Euro in der Herstellung“, so Helmut Cölfen. Das neue Kontrastmittel könnte direkt für klinische Studien eingesetzt werden.
MEDICA.de; Quelle: Universität Konstanz
