Interaktionen von Metalloxid Nanopartikeln mit humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSC) in vitro

Einleitung: Interaktionen zwischen humanen Zellen und Titandioxid-(TiO2-) oder Zinkoxid-(ZnO-) Nanopartikeln (NP) sind trotz Einsatz dieser Stoffe in Konsumgütern nur wenig bekannt. In der vorliegenden Studie wurde die Beeinflussung funktioneller Eigenschaften von humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSC) durch TiO2- und ZnO-NP untersucht.Methoden: Es erfolgten elektronenmikroskopische Charakterisierungen der NP, Darstellungen der Verteilung in den zellulären Kompartimenten und Untersuchungen zur Geno- sowie Zytotoxizität mit dem Comet Assay, dem MTT Test und dem LDH Test. Zudem wurden Motilität, Spheroidbildung, Oberflächenmarkerexpression und Plastizität der hMSC im Scratch Assay, der Durchflußzytometrie und in Differenzierungsansätzen analysiert.Ergebnisse: Eine intrazelluläre Akkumulation der zytoplasmatischen TiO2- und ZnO-NP Aggregate konnte bis zu 3 Wochen nach Exposition festgestellt werden. Auch in hoher Konzentration zeigten sich keine DNA Schäden oder toxische Effekte. Die NP hatten keinen Einfluss auf die Differenzierungsfähigkeit in adipogene oder osteogene Linien. Es ergaben sich quantitative Änderungen der Expression von CD73 und CD90. Bei erhaltenem Zytoskelett zeigte sich eine dosisabhängige Beeinträchtigung der Motilität der Zellen. Die Fähigkeit zur Spheroidbildung blieb uneingeschränkt.Schlussfolgerungen: Wesentliche funktionelle Eigenschaften von hMSC blieben nach TiO2- und ZnO-NP unbeeinflusst. Die durch Partikelakkumulation erklärbare Einschränkung der Motilität von hMSC könnte sich allerdings negativ auf Wundheilungsprozesse auswirken. Im Hinblick auf die weite Verbreitung von TiO2- und ZnO-NP sind daher Langzeitversuche zur Motilität der Zellen nach NP-Aufnahme notwendig