Untersuchungen zur Toxizität von nanoskaligen Partikeln

Nanoskalige Partikel rücken für verschiedenste Anwendungen immer mehr in den Fokus der Forschung. Vor allem im biomedizinischen Bereich ist die Analyse der Biokompatibilität und der Nanopartikel-Zell-Interaktionen von großem Interesse. Bisher sind validierte und standardisierte Testsysteme für Nanopartikel selten, häufig treten Interaktionen mit den Partikeln auf. Deshalb war es das Ziel dieser Arbeit, ein geeignetes in vitro-Testverfahren zu entwickeln. Es wurden vier verschiedene Vitalitätsassays miteinander verglichen, wobei der CellTiter-Glo®- und der PrestoBlue™-Assay als Methoden der Wahl für in vitro-Untersuchungen der Biokompatibilität von Nanopartikeln identifiziert werden konnten. Ein weiterer wichtiger Aspekt war die Auswahl eines toxischen (kationische Polyethylenimin-umhüllter Eisenoxidpartikel) als auch eines biokompatiblen Referenzpartikels (neutrale Stärke-umhüllte Teilchen). Die Toxizität der kationischen Teilchen hing vom Molekulargewicht, der dreidimensionalen Architektur des Hüllmaterials sowie vom hydrodynamischen Durchmesser ab. Durchflusszytometrische Untersuchungen zur Art des Zelltodes machten deutlich, dass Nekrose stattfindet. Mikroskopische Analysen der Zellmorphologie zeigten den Verlust von Zell-Zell-Kontakten sowie ein Abrunden der adhärenten Zellen. Die Ergebnisse konnten auch in Langzeituntersuchungen (Real-Time-Impedanzmessungen) nach 72 Stunden beobachtet werden. Bei der Analyse von Nanopartikeln ist nicht nur die Untersuchungsmethode, sondern auch das verwendete Zellkultursystem entscheidend. Deshalb sollte anstelle einer Monolayerkultur ein komplexer Gewebeverband eingesetzt werden. Dazu wurde mithilfe der Methode der hängenden Tropfen ein dreidimensionales Sphäroidkulturmodell etabliert. Keiner der untersuchten Nanopartikel veränderte die Vitalität der Sphäroide. Perspektivisch sollte deshalb geprüft werden, ob und wie sich die Ergebnisse der zweidimensionalen auf die dreidimensionale Zellkultur übertragen lassen