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Multifunktionalisierte magnetische Nanopartikel als Drug-Delivery Systeme

Prinz, Eva-Marie - Universität des Saarlandes (2012)


Der Schwerpunkt dieser Dissertation ist die Synthese von multifunktionalen, magnetischen Nanopartikelen für biomedizinische Anwendungen. Hierbei werden die Nanopartikel der Stöchiometrie Mn0,8Zn0,2Fe2O4 durch kontrollierte Fällung der entsprechenden Metallchloride in Natronlauge synthetisiert. Anschließend wird deren Oberfläche durch verschiedene Verfahren mit ausgewählten biokompatiblen Polymeren beschichtet und mit Doxorubicin, einem Chemotherapeutikum, funktionalisiert. Daran anschließend wird das Potential dieser Doxorubicin-funktionalisierten magnetischen Nanopartikel in-vitro für den Einsatz in der adoptiven Krebsimmuntherapie getestet.

Als erstes wird Dextran zur Oberflächenmodifizierung der MnZn-Ferrite verwendet. Durch entsprechende Funktionalisierung mittels Aldehyd-, Carboxymethyl- oder Amino-Gruppen kann Dextran aktiviert und Doxorubicin angebunden werden. Die erfolgreiche Anbindung Doxorubicins an die beschichteten Partikel wird mittels dynamischer Lichtstreuung (DLS), Fluoreszenz-Korrelations-, Raman-, FT-IR-, UV/Vis- und Fluoreszenz-Spektroskopie, sowie Zetapotential-Messungen nachgewiesen.

Die anschließende Aufnahme der wirkstoffbeladenen Partikeln in die Immunzellen (T-Lymphozyten) wird mit Hilfe von Fluoreszenzmikroskopie und TEM-Aufnahmen nachgewiesen. Die Aktivität dieser Wirkstoff-funktionalisierten Partikel auf Krebszellen wird mit Hilfe von SRB- und MTT-Assays nachgewiesen.

Die Layer-by-Layer-Technik (LbL-Technik) stellt ein weiteres Verfahren dar, welches zur Oberflächenmodifizierung der magnetischen Nanopartikel herangezogen wird. Das LbL-Verfahren bietet nicht nur die Möglichkeit die Schichtdicke zu variieren, sondern ebenfalls durch Variation der ausgewählten Polyelektrolyte (Polyarcylsäure (PAA), Polyallylamin (PAH), Polyethylenimin (PEI) und Poly(4-styrolsulfonsäure)-co-Maleinsäure (PSSa-co-MA)), können diverse Wirkstoffe bzw. Biomoleküle in das Multischichtsystem einzubauen. Durch geschützten Wirkstofftransport kann die Überlebensrate der T-Zellen effektiv gesteigert werden und damit verbunden das Zeitfenster, in dem die Wirkstoff-beladenen T-Zellen ihren Zielort (z. B. Krebszellen oder Tumore) erreichen können. Der Aufbau von Multischichten auf der Partikeloberfläche wird mittels DLS, FT-IR-Spektroskopie sowie TEM-Aufnahmen erfolgreich nachgewiesen.

Es stellt sich heraus, dass das Multischichtsystem, bestehend aus PAH und PAA sowie aus PEI und PSSa-co-MA, optimale Voraussetzungen für eine anschließende Funktionalisierung mit Doxorubicin liefert. Je nach dem welcher Polyelektrolyt die äußerste Schicht des Multischichtsystems bildet, erfolgt die Anbindung von Doxorubicin auf unterschiedliche Weise.

Die Funktionalisierung der Nanopartikel wird mit FCS, DLS, FT-IR-, UV/Vis- und Fluoreszenz-Spektroskopie, sowie Zetapotential-Messungen charakterisiert. Durch Bestimmung der Doxorubicin-Konzentration, mittels UV/Vis zeigt sich, dass die Anbindung von Doxorubicin nur an die entsprechende äußerste Schicht erfolgte. Die Doxorubicin-Konzentration änderte sich mit steigender Schichtanzahl nicht. Versuche zur Verkapselung von Doxorubicin, sowie biologische Vortests zur Charakterisierung der funktionalisierten Nanopartikel werden derzeit durchgeführt. Ebenfalls wird für die Oberflächenbeschichtung der MnZn-MNP ausgewählte Bisphosphonate (Alendronsäure oder 1,1-Diphosphono-2,3-Dicarbonsäure) sowie synthetische Aminosäuren (6-Aminohexansäure) verwendet.

Auf Grund der hohen Affinität von Bisphosphonaten zu Knochen, stellen diese beschichteten Nanopartikel ein mögliches Einsatzgebiet zur Behandlung von Knochenkrebs dar. Da der eingesetzte Wirkstoff keine Autofluoreszenz aufweist, müssen diese beschichteten Nanopartikel mit einem Fluoreszenzfarbstoff (z. B. FITC oder DAPI) markiert werden, um so den Einsatz von bildgebenden Analyseverfahren möglich zu machen. Durch die thermische Beständigkeit der Beschichtungsmaterialien erfolgte die Synthese der MnZn-Ferrite in deren Gegenwart.

Es kann bei allen eingesetzten Materialien die erfolgreiche Beschichtung sowie die Anbindung von FITC bzw. DAPI nachgewiesen werden.Die synthetisierten, multifunktionalen MnZn-MNP zeigen insgesamt ein hohes Potential für eine spätere medizinische Anwendung. Hierbei verbinden diese funktionalisierten Partikel die physiko-chemischen Eigenschaften der Nanopartikel mit der therapeutischen Aktivität des Wirkstoffs.


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