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Die Studie untersuchte systemische und lokale entzündliche Reaktionen menschlicher Probanden auf die Inhalation von Bariumsulfat (BaSO\(_4\)). Als Vergleich diente eine Studie zur Inhalation von Zinkoxid (ZnO) als Stoff mit spezifischen Eigenschaften mit einem vergleichbaren Studiendesign. Es wurden 16 gesunde Probanden für zwei Stunden gegenüber 4,0 mg/m\(^{3}\) BaSO\(_4\) exponiert. Die Körpertemperatur, akute grippale Beschwerden und verschiedene Blut- und Sputumparameter wurden untersucht. Es zeigte sich, dass die kurzzeitige Inhalation von BaSO\(_4\) bei Menschen nicht zu akuten lokalen oder systemischen Entzündungsreaktionen führt. BaSO\(_4\) besitzt in der verwendeten Konzentration demnach keine spezifischen entzündlichen Eigenschaften. Da Veränderungen der untersuchten Parameter durch einen unspezifischen Partikeleffekt ebenfalls ausblieben, eignet sich BaSO4 als Referenzstoff zur Abgrenzung zwischen Stäuben ohne (z.B. BaSO\(_4\)) und mit (z.B. ZnO) spezifischem toxischen Potential.

The radionuclides radium-223 and radium-224 are two alpha-emitting radionuclides with suitable properties for the TAT. To this date, radium-223 in form of [223Ra]radium chloride (Xofigo) is the only EMA and FDA approved alpha-emitting radiopharmaceutical. Due to its calcimimetic behavior, the radium ion is a bone-seeking therapeutic. To extend the radiopharmaceutical potential of both radionuclides, novel carrier systems have to be developed. Therefore, it is appropriate to investigate different kinds of nanoparticles for their ability to transport radium. Especially, a barium sulfate matrix seems to be sufficient since the principle of co-precipitating the sulfates of radium and barium allows an easy and fast synthesis of radium-doped nanoparticles. Beyond the incorporation of alpha-emitting radionuclides like radium-223 and radium-224, the homologue radionuclide barium-131 can be incorporated as well. Barium 131 decays by electron capture and provides suitable properties for diagnostic applications in nuclear medicine. Radium-223/-224 and barium-131 form a matched pair for new theragnostic approaches. In our research group, we are developing simple methods for the synthesis of small radiolabeled radium/barium sulfate nanoparticles. Furthermore, we are investigating suitable surface functionalizations to attach biological targeting moieties.

1. Zielstellung: Durch die Alterung der Bevölkerung ist eine stetige Zunahme an Tumorneuerkrankungen zu verzeichnen und die Therapieoptimierung daher unabdingbar. Ein diskutierter Ansatz ist die Therapie mit Alphaemittern. Radionuklide wie 223/224Ra sind in der Lage, Tumorgewebe aufgrund ihres hohen linearen Energietransfers infolge einer Kaskade von Alpha-Zerfällen effizient zu zerstören ohne Beinflussung des gesunden Gewebes. Die stabile Fixierung von Barium- und Radiumionen kann durch Co-Fällung radiomarkierter [133Ba223/224Ra]Ba(Ra)SO4 Nanopartikel (NP) erfolgen, welche mit Alendronat funktionalisiert und anschließend mit einer targetspezifischen Einheit modifiziert werden. 2. Methodik Die Synthese der BaSO4-NP wurde durch Fällung realisiert. Die Partikelgröße wurde in Abhängigkeit der Reaktionsparameter (Lösungsmittelsystem, Verhältnis der Reaktanden, Fließgeschwindigkeit bei der Zugabe des zweiten Reaktanden) untersucht. NP-Größenverteilungen wurden mittels Dynamic Light Scattering (DLS) ermittelt. Radiomarkierungen wurden unter analogen Bedingungen unter Zugabe von [133Ba]Ba2+ und [224Ra]Ra2+ durchgeführt. 224Ra wurde als [224Ra]Ra(NO3)2 aus einer 228Th-Quelle durch Ionenaustauschchromatographie separiert. 133Ba wurde als [133Ba]BaCl2 kommerziell bezogen. 3. Ergebnisse Nach Auswertung aller Syntheseansätze wurde die Fällung der Partikel mit einem sechsfachen Bariumüberschuss in einer Ethanol/Wasser-Mischung (1/11) bei Raumtemperatur als beste Methode identifiziert. Die Einlagerung von [133Ba]Ba2+- und [224Ra]Ra2+-Ionen konnte nachgewiesen werden. Die radiomarkierten NP zeigten über 7 Tage keinen relevanten Release. Die Modifikation der Partikel mit Alendronat konnte mittels IR-Spektroskopie, EDXS-Analyse und UV/Vis-Spektroskopie nachgewiesen werden. Die Partikelgröße wurde mittels DLS (140 ± 50 nm) analysiert und durch TEM verifiziert. Die weitere Funktionalisierung der NP wurde mittels Aktivesterkupplung eines fluoreszierenden NBD-Derivates und Fluoreszenzspektroskopie nachgewiesen. 4. Schlussfolgerungen Die Co-Fällung von Barium- und Radiumisotopen zur Gewinnung von NP definierter Größe ist ein Ausgangspunkt zukünftiger Therapieansätze. Die Funktionalisierung mit biologischen Targetmolekülen ermöglicht das zielgerichtete Aufspüren von Tumorzellen. Zukünftige Arbeiten fokussieren die Optimierung der Synthesemethode hinsichtlich der Verringerung der Partikelgröße und Ausbeute bei der Radiomarkierung sowie die anschließende Oberflächenmodifikationen bezüglich verschiedener biologischer Targets.