Interaction and passage of superparamagnetic iron oxide nanoparticles in an in vitro blood-brain barrier model

Gräfe, Christine GND

Die Vielfältigkeit in der Gestaltung superparamagnetischer Eisenoxid-Nanopartikel (SPIONs) erschwert eine adäquate Risiko- und Folgenabschätzung für jede einzelne Partikelkomposition. Ebenso limitieren physikochemische Eigenschaften der SPIONs die Funktionsweise bisher etablierter Untersuchungsmethoden. Besonders im Hinblick auf die Analyse der Interaktion von SPIONs mit biologischen Barrieren sind daher geeignete in vitro Modelle sowie angemessene Analysemethoden zwingend erforderlich. In dieser Dissertation wurde ein standardisiertes in vitro Modell etabliert, welches die humane Blut-Hirn-Schranke (BBB) repräsentiert und die eingehende Untersuchungen SPION-assoziierter Interaktionen erlaubt. Zu diesem Zweck wurde ein Transwell-System basierend auf human brain microvascular endothelial cells (HBMEC) implementiert. Der Einfluss verschiedener SPIONs auf die Barriereintegrität erfolgte mittels unterschiedlicher Methoden. Erstmals wurde Magnetpartikelspektroskopie zur hoch sensitiven SPION-Detektion im Kontext biologischer Barrieremodelle erfolgreich angewendet. Zur Erforschung des Zell-vermittelten SPION-Transports über die BBB wurden HL-60 bzw. THP-1 zu Neutrophilen bzw. monozytären Zellen differenziert. Die Ergebnisse zeigen, dass stärkebeschichte SPIONs die Barriere zeitabhängig durchdringen. Dabei bleibt die Barriereintegrität weitgehend unbeeinträchtigt. Im Gegensatz dazu akkumulieren anionische SEONBSA verstärkt an und in barriereformenden Zellen und stören damit die Barriereintegrität. Außerdem zeigt sich, dass die Beladung von Neutrophilen und Monozyten mit anionischen SEONPAM deren Barrieredurchdringung immens verstärkt. Dieses hier vorgestellte stabile in vitro Testsystem ist geeignet für die eingehende Untersuchung von Wechselmechanismen zwischen SPIONs und der BBB und trägt letztlich dazu bei, fortschrittliche und neue SPION-basierte biomedizinische Anwendungen zu implementieren und aktuelle Problemstellungen der Medizin zu überwinden.

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Gräfe, Christine: Interaction and passage of superparamagnetic iron oxide nanoparticles in an in vitro blood-brain barrier model. Jena 2019.

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