KFO 213: Magnetische Eisenoxid-Nanopartikel für die Zelluläre und Molekulare MR-Bildgebung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die KFO 213 „Magnetische Eisenoxid-Nanopartikel für die Zelluläre und Molekulare MR-Bildgebung“ hatte zum Ziel, zu erforschen, inwiefern sehr kleine, Zitrat-stabilisierte superparamagnetische Eisenoxid- Nanopartikel (Very Small superparamagnetic iron Oxide nanoParticles, VSOP) für experimentelle Ansätze der zellulären und molekularen Bildgebung geeignet sind. VSOP war zuvor von der Arbeitsgruppe der Radiologie der Charité in Zusammenarbeit mit einem externen Partner entwickelten worden. Vor Beginn der KFO 213 hatte sich in Vorarbeiten u.a. gezeigt, dass VSOP eine hohe Affinität zu Strukturen des atherosklerotischen Plaque haben. Arbeiten der KFO 213 umfassten: Zu prüfen, ob diese Affinität zu steigern ist. Dazu wurden Modifikationen der VSOP durch Stabilisierung mit alternativen niedermolekularen organischen Säuren hergestellt (TP-08). Zusätzlich wurden die Ausgangspartikel für die Bildgebung der Apoptose mit Annexin A5 gekoppelt (TP-01). Unmodifizierte VSOP wurden an verschiedenen Modellen der Inflammation bezüglich der Markierung von Entzündungsarealen untersucht. Diese Modelle waren die Atherosklerose (TP-02 - an Zellkulturen, TP-03 - in vivo am Kaninchenmodell), das Mausmodell der Multiplen Sklerose (TP-04) und das Mausmodell des Schlaganfalls und Glioblastoms (TP-05). Darüber hinaus wurde die Zellmarkierung mit VSOP am Modell der axonalen ZNS-Schädigung untersucht (TP-06). Zusätzlich wurde ein Verfahren zum empfindlichen Nachweis der Nanopartikel mittels SQUID- Magnetometrie etabliert (TP-09). Für den verbesserten analytischen und histologischen Nachweis mittels Fluoreszenz wurde ein Verfahren zu Dotierung der Eisenoxid-Kerne mit Europium (Eu) entwickelt (TP-Z). Der systematische Vergleich von VSOP mit Varianten, die u.a. mit Etidron-, Äpfel- oder Weinsäure stabilisiert wurden, zeigte, dass sich gegenüber Citrat als Hüllmaterial keine Steigerung der Anreicherung von VSOP im atherosklerotischen Plaque bewirken lässt und somit Citrat das optimale Hüllmaterial ist (TP-08). Es gelang eine kovalente Kopplung von Annexin A5 an die VSOP, wobei die resultierenden Annexin A5-VSOP eine hohe Biokompatibilität sowie Targetspezifität für apoptotische Areale aufwiesen, wie am Mausmodell des Herzinfarktes mittels in vivo MRT gezeigt wurde (TP-01). Bezüglich der Eignung von VSOP für die MR- Bildgebung der Atherosklerose wurde in Zellkultur (monozytäre THP-1-Zellen, THP-abgeleitete Makrophagen) gezeigt, dass VSOP gegenüber dem Standard Resovist rascher internalisiert wird (TP-02). In weiteren Zellkultur- und iv vivo- Studien wurde gezeigt, dass die rasche Anheftung von VSOP an und deren Internalisierung in Endothelzellen durch eine Wechselwirkung (WW) von VSOP mit Glykosaminoglykanen (GAGs) im Sinne einer Transchelierung erfolgt (TP-02, TP-04). Auch die Akkumulation von VSOP in der Intima und am intimomedialen Übergang des atherosklerotischen Plaque scheint über eine WW von VSOP mit GAGs zu erfolgen. So wurde in einer Studie am Kaninchenmodell der Atherosklerose gezeigt, dass in der ersten Stunde nach i.v. Injektion von VSOP diese sich im atherosklerotischen Plaque anreichern, dabei in geringstem Ausmaß mit der Anwesenheit von Entzündungszellen kolokalisieren, jedoch im höchsten Ausmaß mit histochemisch nachgewiesenen GAGs (TP-03). Entsprechend wurde am Beispiel der Schlaganfall-assoziierten Entzündung gezeigt, dass u.a. VSOP nicht über Zellvermittlung im entzündlichen Hirnareal erscheinen (TP-05). VSOP eignen sich für eine extrakorporale Markierung von z.B. Monozyten, um nach deren Implantation am Modell der entorhinalen Kortexläsion ihre Wanderung im Hirngewebe zu verfolgen (TP-06). Ein negativer Einfluss auf die Zellfunktion wurde hierbei nicht gefunden. Diese Untersuchungen wurden durch die empfindlichen magnetischen Nachweisverfahren (TP-09) und den Einsatz von Eu-dotierten VSOP (TP-Z, TP-03) für deren histologischen Nachweis unterstützt. Als wesentliche neue Erkenntnisse ist zu nennen, dass VSOP im Vergleich zu anderen magnetischen Nanopartikeln durch eine neuartige WW ein passives Targeting von GAGs in Entzündungsarealen zu ermöglichen scheinen und damit die in vivo Darstellung der pathologisch veränderten Extrazellulärmatrix mittels MRT erlauben könnten. Dies bedeutet einen Paradigmenwechsel bezüglich des Einsatzes von magnetischen Nanopartikeln für die MRT vom alleinigen in vivo Zell-Targeting hin zur Markierung von pathologischen EZM-Veränderungen. Dieser Ansatz war eine der Grundlagen für das Konzept des zwischenzeitlich an der Charité eingerichteten interdisziplinären und multiinstitutionellen SFB 1340 „Matrix in Vision“. Im Zuge der KFO 213 wurde an der Charité im Verbund mit der PTB ein Schwerpunkt zur Erforschung von magnetischen Nanopartikeln für biomedizinische Grundlagenforschung mit translationaler Perspektive etabliert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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