Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)

Magnetische Nanopartikel als Wirkstoff-Carrier für die Therapie von Implantat-assoziierten Infektionen : Eine Untersuchung der Biokompatibilität, Verteilung und Akkumulation im Mausmodell

Janßen, Hilke Catherina

Im Hinblick auf eine Verwendung zur Implantat-gerichteten magnetischen Arzneimittelanreicherung zur Therapie von Implantat-assoziierten Infektionen wurden magnetische nanoporöse Silica-Nanopartikel (MNPSNP) im Zusammenspiel mit einem elektromagnetischen Feld und dessen Gradienten steigernden magnetisierbaren Plättchen untersucht. Zunächst wurde die Akkumulationsfähigkeit der MNPSNP in einem Schlauchsystem in vitro getestet: Am Plättchen aus martensitischem Chrom-Stahl lagerten sich signifikant mehr MNPSNP an, am ferritischen hingegen tendenziell mehr im Vergleich zu Kontrollen. Im Mausmodell wurden die Biokompatibilität, Distribution und zielgerichtete Akkumulation der MNPSNP in vivo mithilfe von subkutan eingesetzten Implantaten aus ferritischem Stahl bzw. einer Titan-Legierung, einer subkutanen bzw. intravenösen MNPSNP-Applikation und einem lokal angelegten elektromagnetischen Feld, getestet. Es wurden keine klinischen und signifikant pathomorphologischen Veränderungen in den Organen beobachtet. Damit zeigten die MNPSNP eine gute Biokompatibilität. Die nach intravenöser Applikation erzielten Konzentrationen im Implantatbereich wiesen nach unterschiedlichen Untersuchungszeiträumen, abgesehen vom längsten (42 Tage), keinen signifikanten Materialunterschied auf und waren im Vergleich zur subkutanen Applikation sehr niedrig. Als Ursache dieses für eine zukünftige Therapie unzureichenden Ergebnisses werden eine ungenügende Partikelverfügbarkeit in der Implantatregion aufgrund des hohen Ausmaßes von Phagozytose in Organen (hohe Akkumulationen in Lunge, Leber, Milz), eine verminderte Gefäßpermeabilität im Implantatbereich, notwendig zur Extravasation der MNPSNP, und eine zu geringe magnetische Permeabilität des ferritischen Plättchens, vermutet.

With regard to a use in implant-directed magnetic drug targeting (ID-MDT) for the therapy of implant-associated infections, magnetic nanoporous silica nanoparticles (MNPSNPs) were examined in interaction with an electromagnetic field and magnetizable plates to increase the field gradient. First, the accumulation capacity of MNPSNPs was tested in vitro in a tube system: Significantly more MNPSNPs accumulated on a martensitic chromium steel plate, whereas the ferritic plate tended to accumulate more compared to controls. In a mouse model, the biocompatibility, distribution and targeted accumulation of MNPSNPs were tested in vivo using subcutaneously inserted implants made of ferritic steel or titanium alloy, respectively, a subcutaneous or intravenous MNPSNP-application, respectively, and a locally applied electromagnetic field. No clinical or significantly pathomorphological alterations were observed in the organs. The MNPSNPs thus showed good biocompatibility. The concentrations achieved in the implant area after intravenous application showed no significant material difference after different examination periods, apart from the longest (42 days), and were very low compared to subcutaneous application. The reason for this inadequate result for a future therapy is assumed to be insufficient particle availability in the implant region due to the high degree of phagocytosis in organs (high accumulation in lung, liver, spleen), reduced vascular permeability in the implant region, necessary for extravasation of MNPSNPs, and too low magnetic permeability of the ferritic plate.

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Janßen, H.C., 2020. Magnetische Nanopartikel als Wirkstoff-Carrier für die Therapie von Implantat-assoziierten Infektionen: Eine Untersuchung der Biokompatibilität, Verteilung und Akkumulation im Mausmodell. Hannover.
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