Untersuchungen zur lokalen Kinetik und zum Anreicherungsverhalten elektrostatisch stabilisierter magnetischer Nanopartikel in atherosklerotischen Plaques
Final Report Abstract
Gesamtziel des Teilprojektes war es, die in der eigenen Arbeitsgruppe in Kooperation mit einem externen Partner vor Beginn der KFO 213 entwickelten Zitrat-stabilisierten sehr kleinen superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikel (VSOP) bezüglich ihrer Eignung zur Markierung von instabilen atherosklerotischen Plaques zu untersuchen und die Frage zu beantworten, ob eine Charakterisierung von atherosklerotischen Plaques mittels in vivo MRT möglich ist. Zu Beginn der KFO 213 ist man davon ausgegangen, dass VSOP analog zu anderen magnetischen Nanopartikeln für die biomedizinische MRT im wesentlichen von Monozyten und Makrophagen aufgenommen werden und hierdurch zu einer Markierung von entzündlichen (instabilen) Arealen im atherosklerotischen Plaque führen würden. Im Laufe der 1. Föderphase der KFO 213 hat sich jedoch gezeigt, dass es nach i.v. Injektion der VSOP zu einer frühen Interaktion von VSOP mit Glykosaminoglykanen (GAGs), der zuckerbasierten Komponente der EZM, kommt und eine zelluläre Aufnahme der Partikel eher zu späten Zeitpunkten eine Rolle spielt. Am Kaninchenmodell der Atherosklerose (WHHL) mit i.v. Injektion von VSOP in einer Dosis von 0,05 mmol Fe/kg (eine Dosis, die für einen möglichen späteren klinischen Einsatz realistisch ist), ex vivo Bildgebung von Aortenringen und histologischer Korrelation (Movat Pentachrom, Alizarin (bei pH 4,2, 6,4 und 11) von Kossa, Berliner Blau, anti-RAM11, anti-SMA, anti-VEGF) wurde gezeigt, dass bereits eine Stunde nach Injektion VSOP in fortgeschrittenen Plaques vor allem im intimomedialen Übergang abgelagert sind und zu entsprechender Signalminderung im MRT-Bild führen. Die Signalminderung war in Gefäßringsektoren mit Plaques der AHA-Typen 4, 5a und 5c (instabil) signifikant ausgeprägter im Vergleich zu stabilen AHA-Typen. VSOP kolokalisiert am ausgeprägtesten mit Alcian-positivem Material, i.e. GAGs, wobei das Ergebnis der kritischen Elektrolytreihe in Verbindung mit der Alzianfärbung zeigte, dass diese GAGs stark sulfatiert sind. Interessanterweise kolokalistierten GAGs und VSOP-Eisen vor allem mit Mikrovesikeln, für welche die von Kossa und Alizarin Färbungen eine Tendenz zur Verkalkung zeigten, woraus sich die Schlussfolgerung ergibt, dass kalzifizierende Mikrovesikel im atherosklerotischen Plaque ein relevantes Target für VSOP sind. Insgesamt korrelierte der Signalabfall im MRT-Bild am ausgeprägtesten mit dem histologischen score für GAGs und Mikrovesikel und am geringsten mit dem score für Makrophagen. Die Korrelation mit dem score für Neovaskularisation am intimomedialen Übergang weist darauf hin, dass die VSOP hier überwiegend über vasa vasorum antransportiert werden, die im Rahmen der Atherosklerose über Neovaskularisation vermehrt sind (33). Als Mechanismus, der zur Kolokalisation von VSOP mit GAGs führt, ist die wahrscheinlichste Erklärung eine Transchelierung, bei der die Zitrathülle der VSOP von komplexierenden GAGs, i.e. insbesondere stark sulfatierten GAGs, verdräng wird und sich die kationischen Eisenoxidkerne der VSOP an anionische Gruppen der GAGs anlagern. Dieser Mechanismus wurde im TP-02 und TP04 in Kooperation mit TP-03 weiterführend untersucht und zahlreiche unterstützende Hinweise hierfür erarbeitet. Der definitive analytische Nachweis der Bildung von Komplexen aus VSOP-Kernen und GAGs steht allerdings noch aus. Diese Fragestellung wird im in der Folge eingerichteten SFB 1340 „Matrix in Vision“ weiterführend untersucht. Zusammenfassend scheint eine Unterscheidung von stabilen und instabilen atherosklerotischen Plaques mittels in vivo MRT möglich. Allerdings ist zum besseren Verständnis und zur pathophysiologischen Bedeutung der VSOP-Anreicherung in instabilen Plaques weitere Forschung zur Rolle der GAGs in der pathologisch veränderten EZM erforderlich. In der ersten Förderphase sollte in diesem TP-03 ein Verfahren zu optischen Detektion von VSOP im histologischen Schnitt entwickelt werden. Der zunächst verfolgte Ansatz einer Markierung der VSOP mittels kleiner Fluoreszenzfarbstoff-Moleküle durch kovalente Bindung an das Hüll-Zitrat hat sich als nicht praktikabel erwiesen, da das Zitrat an den GAG-haltigen Zielstrukturen zumindest teilweise verdrängt wird. Daher wurde im TP-03 ein Konzept zur optischen Markierung der Eisenoxidkerne mittels eines kleinen Anteils Europium (Eu) und für dessen Detektion mit einer geeigneten Enhancer Lösung entwickelt und in Kooperation mit TP-Z umgesetzt. Dieses Verfahren wurde in TP-01, TP-04 und TP-06 erfolgreich zur Lokalisation von VSOP eingesetzt und steht auch dem SFB 1340 zu Verfügung.
