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ePaper created 2017-03-14, 09:55:24 | version 1.49.03
GESUNDHEIT H2N HO HO HO O O NH2 O O H2N OH 1 NH2 OH HO O O O HO EISENOXID-NANOPARTIKEL FÜR DIE REGENERATIVE MEDIZIN Maria Steinke, Teres a K ilian, H eike Walles sind und sich zur bildgebenden Darstellung mittels MPI für Langzeitstudien eignen. Bioverträgliche Eisenoxid-Nanopartikel Es ist uns gelungen, einen Partikel-Prototypen (M4E) zu identiizieren, der von MSCs in das Zellinnere aufgenommen wird. M4E-Partikel besitzen einen hydrodynamischen Durch- messer von 115 nm und bestehen aus einem Eisenoxid-Kern mit einer aminofunktionalisierten Dextranhülle (Abb. 1). In In-vitro-Kulturen nehmen nahezu 100 Prozent der MSCs die M4E-Partikel auf (Abb. 2). Sie werden während der Zellteilung an beide Tochterzellen weitergegeben, was eine Langzeitver- folgung der Zellen prinzipiell ermöglicht. Allerdings verlieren die Stammzellen die aufgenommenen Partikel innerhalb weni- ger Tage, wenn sie unter 2D-Bedingungen kultiviert werden. Bringt man jedoch die markierten MSCs auf eine dreidimensi- onale Trägerstruktur auf, die als Gewebegerüst dient, können wir markierte Zellen bis zu sechs Wochen nachweisen. Über nicht-invasive magnetische Partikelspektroskopie, die auf demselben physikalischen Prinzip wie MPI beruht, können wir markierte MSCs ebenso bis zu sechs Wochen lang veriizieren. M4E-Partikel beeinträchtigen weder die Viabilität noch das Wachstum oder das Teilungsverhalten von MSCs. Weiterhin lösen M4E-Partikel keine gentoxischen Effekte aus [1]. Auf- grund dieser Befunde sind die von uns gesetzten Kriterien bezüglich der Biokompatibilität erfüllt. Nicht-invasive Verfahren für die regenerative Medizin Im Forschungsbereich der regenerativen Medizin fokussiert sich die Wissenschaft darauf, geschädigtes Gewebe durch therapeutische Zellen, zu denen mesenchymale Stammzellen (engl. Mesenchymal Stem Cells, MSCs) zählen, zu heilen. MSCs haben die Eigenschaft, sich selbst zu erneuern, und das Potenzial, sich in unterschiedliche Zelltypen, wie beispiels- weise Knochen- und Knorpelzellen, zu differenzieren. Um die Stammzellen nach einer Injektion oder Implantation im Organismus lokalisieren und verfolgen zu können, lassen sich diese mit superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln als Kontrastmittel markieren. Zur nicht-invasiven Lokalisation wird in präklinischen und zum Teil bereits in klinischen Studien die Magnetresonanz-Bildgebung (engl. Magnetic Resonance Imaging, MRI) eingesetzt. Hierbei ist die zelluläre Aulösung jedoch oft nicht ausreichend. Bildgebung mit magnetischen Partikeln Seit kurzem ist ein neues Verfahren für präklinische Studien auf dem Markt, die magnetische Partikelbildgebung (engl. Magnetic Particle Imaging, MPI). Diese weist eine höhere zeitliche und räumliche Aulösung sowie eine höhere Sensiti- vität als MRI auf. Der Einsatz von Eisenoxid-Nanopartikeln zur nicht-invasiven Lokalisation von Stammzellen ist zurzeit limi- tiert: Aufgrund mangelnder Bioverträglichkeit scheitern viele Partikel-Prototypen bereits im zweidimensionalen Zellkultur- modell. Weiterhin bleibt die Zellmarkierung meist nur wenige Tage aufrecht erhalten, was eine Verfolgung im Organismus über einen längeren Zeitraum ausschließt. Im EU-geförderten Projekt »IDEA« besteht unsere Zielsetzung darin, Eisenoxid- Nanopartikel-Prototypen zu entwickeln, die bioverträglich 5 4