Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover (TiHo)TiHo eLib

In-vitro-Untersuchungen zur Biokompatibilität und Immuntoxizität von magnetischen nanoporösen Silica-Nanopartikeln

Im Zuge der Arbeit wurden magnetische nanoporöse Silica-Nanopartikel (MNPSNP) in vitro auf ihre Biokompatibilität und Immuntoxizität überprüft. Für den Einsatz im Implant-directed Magnetic Drug Targeting stellte sich besonders die Halbwertszeit der Partikel als entscheidend heraus. Daher wurden verschieden schwere Polyethylenglykol‑Ketten (PEG) auf der Partikeloberfläche zur Reduzierung der Internalisierung durch Makrophagen untersucht. Sowohl in den Zelllinien (L-929, HepG2) als auch in den murinen Primärzellen (dendritische Zellen (DC), Makrophagen, Osteoblasten) zeigten MNPSNP bis zu einer Konzentration von 150 µg/ml keine als zytotoxisch einzustufende Beeinflussungen der metabolischen Aktivität der Zellen oder ihrer Zellmasse. Außerdem wurden in den Überständen keine Konzentrationen der Zytokine TNF‑α und IL‑6 gemessen, die auf ein proinflammatorisches Geschehen hinweisen. Weiterführende Untersuchungen zeigten in den DC keinen Anstieg der intrazellulären reaktiven Sauerstoffspezies, während dieser in den Makrophagen mit steigender PEG‑Masse beobachtet wurde. Darüber hinaus zeigten die Makrophagen keine eingeschränkte Fähigkeit zur Inaktivierung von E. coli nach einer Inkubation mit MNPSNP. Ebenso zeigte sich kein chemotaktischer Reiz der MNPSNP auf DC. Dagegen wurde die Mineralisierung von Osteoblasten mit sinkender PEG‑Masse über eine 21‑tägige Inkubation gefördert, während die Aktivität der intrazellulären alkalischen Phosphatase auf dem Niveau der Kontrolle blieb. Entgegen der Erwartungen zeigten sich in fluoreszenzmikroskopischen Aufnahmen von Makrophagen keine Unterschiede in Bezug auf den Beginn der Internalisierung und die aufgenommene Menge. Die Versuche der Arbeit zeigten eine gute Biokompatibilität der MNPSNP und gaben keinen Hinweis auf immuntoxische Effekte. Eine weiterführende Evaluation der Partikel im Tiermodell wäre daher möglich. Dennoch besteht für den effektiven Einsatz als Drug Delivery System weiterhin Optimierungsbedarf in Hinblick auf eine längere Zirkulationszeit.

In this thesis, magnetic nanoporous silica nanoparticles (MNPSNP) were evaluated in vitro to determine their biocompatibility and immunotoxicity. Regarding their use for implant-directed magnetic drug targeting, the half-life of the particles turned out to be crucial. Therefore, polyethylene glycol (PEG) chains of different weights were investigated on the particle surface to reduce internalization through macrophages. In cell lines (L-929, HepG2) as well as in murine primary cells (dendritic cells (DC), macrophages, osteoblasts), MNPSNP up to a concentration of 150 µg/ml showed no effects on the metabolic activity of the cells or their cell mass that could be classified as cytotoxic. Moreover, the measured concentrations of the cytokines TNF‑α and IL‑6 in the supernatants did not indicate a proinflammatory process. Additional studies showed no increase in intracellular reactive oxygen species in the DC, whereas this was observed in the macrophages with increasing PEG mass. Moreover, macrophages showed no impaired ability to inactivate E. coli after incubation with MNPSNP. Likewise, there was no chemotactic stimulus of MNPSNP on DC. Mineralization of osteoblasts was stimulated with decreasing PEG mass over a 21-day incubation, while intracellular alkaline phosphatase activity remained at control levels. Contrary to expectations, images of primary murine macrophages attained by fluorescence microscopy showed no differences in the onset of internalization and the ingested amount. This study suggests good biocompatibility of the MNPSNP and gives no indication for immunotoxic effects. Accordingly, a more detailed evaluation of the particles would be possible in animal models. However, there is still a need for optimization with regard to a longer circulation time, allowing an effective usage as a drug delivery system.

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