Differential analysis of the role of surface properties and cellular uptake of metal oxides in their nanoform for their cytocompatibility by means of synthesized micro-nanostructures
Final Report Abstract
Das Projektziel war es, mit Hilfe maßgeschneidert synthetisierter metalloxidischer Mikro-Nanostrukturen toxikologische Wirkmechanismen von Nanomaterialien zu verstehen. Dazu wurden verschiedene Nanopartikel beschafft und hergestellt (ZnO, TiO2 and CeO2), charakterisiert und in verschiedenen Zellassays eingesetzt. Es wurden Abhängigkeiten der zellulären Aufnahme und der Toxizität von den unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen und der Beschaffenheit der Substanzen (Nanopartikel, Salz, Bulksubstanz) und Zellkulturbedingungen gezeigt und Mechanismen der Zellaufnahme untersucht und veröffentlicht. Die bisherigen Daten aus diesem Projekt verdeutlichen die Komplexität der Nanopartikel-Toxizität. Eine Besonderheit stellten hier die Zinkoxidpartikel dar. Hier zeigten sich keine ‚partikelspezifischen‘ toxischen Wirkungen. Das entsprechende Zinksalz zeigt eine annähernd vergleichbare Toxizität wie ZnO-nano- als auch ZnO-bulk-Partikel und der fehlende intrazelluläre Nachweis elektronendichter Materie nach ZnO-NP Behandlung unterstützt die häufig diskutierte Hypothese, dass die Freisetzung von Zink-Ionen aus ZnO-NP die eigentlich entscheidende Rolle für deren Wirkmechanismus spielt. Darüber hinaus konnten Zinkoxidpartikel mit niedriger Zytotoxizität auch in Therapieansätzen erprobt werden, eine mit amerikanischen Partnern durchgeführte Tierstudie belegt eine Immunisierung gegen Herpesviren durch Triggern der Immunabwehr. Dies wurde möglich durch Auswählen von Metalloxid Partikeln mit besonders niedriger Toxizität, die ein großes Therapiefenster ermöglichen. Erste Anwendungsbeobachtungen beim Menschen verlaufen äußerst vielversprechend, insbesondere bei der Unterdrückung von Rezidiven. Schwierigkeiten ergaben sich im Projektverlauf durch die Reduktion der bewilligten Mittel, so konnten in der Materialwissenschaft keine Oberflächen durch die beantragte dual BET bestimmt werden.
Publications
- US Patent US9182399: ”Virus traps“
Rainer Adelung, Yogendra Kumar Mishra, Claudia Röhl, Deepak Shukla, Frank Spors, Vaibhav Tiwari
- (2014): Impact of cell culture and particle parameters on the toxicity of zinc oxide nano-micro structures in vitro to fibroblasts. Naunyn Schmiedeberg’s Arch. Pharmacol. 387 (Suppl. 1): S73
Papavlassopoulos, H.; Mishra, Y. K.; Kaps, S.; Paulowicz, I.; Abdelaziz, R.; Elbahri, M.; Maser, E.; Adelung, R.; Röhl, C.
- Toxicity of Functional Nano-Micro Zinc Oxide Tetrapods: Impact of Cell Culture Conditions, Cellular Age and Material Properties, (2014) , PLoS ONE 9(1): e84983
Papavlassopoulos, H.; Mishra, Y.K.; Kaps, S.; Paulowicz, I.; Abdelaziz, R.; Elbahri, M.; Maser, E.; Adelung, R.; Röhl, C.
(See online at https://doi.org/10.1371/journal.pone.0084983) - (2015): Cellular uptake of different nano and bulk metal oxide particles by cells derived from epidermal, intestinal and leukocyte cell lines. Naunyn Schmiedeberg’s Arch. Pharmacol. 388 (Suppl. 1): S70
Papavlassopoulos, H.; Burchardt, K.; Niemeier, D.; Lüllmann-Rauch, R.; Röhl, C.
- (2015): Inflammatory effect of cerium oxide nanoparticles on human lung A549 cells. Naunyn Schmiedeberg’s Arch. Pharmacol. 388 (Suppl. 1): S69
Burchardt, K.; Papavlassopoulos, H.; Niemeier, D.; Lüllmann, R.; Röhl, C.
- (2016): Serum concentrations in cell culture medium influence the effect of cerium oxide nanoparticles on human lung A549 cells: cytotoxicity, proinflammation, cellular uptake, and particle properties. Naunyn Schmiedeberg’s Arch. Pharmacol. 389 (Suppl. 1): S1–S104
Burchardt, K.; Papavlassopoulos, H.; Röhl, C.
- Intravaginal Zinc Oxide Tetrapod Nanoparticles as Novel Immunoprotective Agents against Genital Herpes, Journal of Immunology 196, 4566 (2016)
Antoine, T.E.; Hadigal, S.R.; Yakoub, A.M.; Mishra, Y.K.; Bhattacharya, P.; Haddad, C.; Valyi-Nagy, T.; Adelung, R.; Prabhakar, B.S.; Shukla, D.
(See online at https://doi.org/10.4049/jimmunol.1502373)
