MRT-Bildgebung von Inflammation und Angiogenese mittels magnetischer Nanopartikel bei experimentellem Schlaganfall und Glioblastom
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel der Untersuchung war die Charakterisierung der Aufnahme von Eisenoxid-Nanopartikeln verschiedener Größe und Beschichtung in Monozyten/Makrophagen und die Untersuchung der Nachweisbarkeit der zellulären Invasion in das Schlaganfallgebiet mittels MRT. Es wurde an C57BL/6 Mäusen ein transienter Verschluss der mittleren Zerebralarterie (MCAo) durchgeführt und Eisenoxid-Nanopartikel intravenös zu verschiedenen Zeitpunkten verabreicht. Eine Injektion erfolgte 7 Tage vor der Schlaganfall-auslösenden OP, zum Zeitpunkt der Reperfusion oder 3 Tage nach der Schlaganfall-auslösenden OP. Es wurde jeweils eine Konzentration von 300 µmol Fe/kg verabreicht und Partikelgrößen im Bereich der SPIOs (Polyethylenglycol-umhüllte SPIOs mit positiver Ladung, 87 nm Durchmesser, R1=11, R2=295 mmol/L s^-1 bei 1,4 T in Wasser), USPIOs (Polyacrylsäure-umhüllte USPIOs mit negativer Ladung, 17 nm Durchmesser, R1=17, R2=56 mmol/L s^-1 bei 1,4 T in Wasser) und VSOPs mit Zitrathülle und negativer Ladung (9 nm Durchmesser, R1=14, R2=33 mmol/L s^-1 bei 1,4 T in Wasser) mit Dy682 Kopplung i.v. verabreicht. Es zeigte sich ein ausgeprägter Signalabfall im Blutpool direkt nach Injektion und im weiteren Verlauf vor allem ein Signalabfall in Milz und Leber. Die Aufnahme der Eisenoxid-Nanopartikeln mit verschiedenen Größen konnte in der T2*-Wichtung der MRT im weiteren Verlauf im Hirnparenchym nicht nachgewiesen werden. Auch in der Histologie zeigte sich, dass aus dem Blut abgeleitete Makrophagen die Partikel nicht aufgenommen hatten und in das Hirnparenchym eingewandert waren. Auch histologisch zeigte in den Eisenoxidnanopartikel-injizierten Mäusen durch die Berliner Blau- Färbung keine Aufnahme im Hirnparenchym. Im Kontrast dazu zeigte sich in Knochenmark-chimären Mäusen nach Induktion einer Ischämie eine Invasion in das Gebiet der Ischämie. Durch Verwendung der Magnetic Partikel Spektroscopy (TP-09) konnte eine sehr schnelle Abnahme der Partikelkonzentration innerhalb von 45 Minuten aus dem Blutpool gezeigt werden. Dies betraf alle Partikelgrößen, auch die VSOPs mit einer Größe < 10 nm. VSOPs konnten im Verlauf vor allem in Milz und Leber in hoher Konzentration nachgewiesen werden, dies mit 362 ± 56 und 197 ± 82 ng Fe/mg Gewebe. Nach Korrektur durch die Organgewichte enthielt die Leber 10x mehr Nanopartikel-Eisen als die Milz. Die Schlussfolgerung ist, dass die Eisenoxid-Nanopartikel im Blut nicht durch Monozyten/Makrophagen aufgenommen werden und durch diese nicht in das Hirnparenchym transportiert werden. In einer weiteren Studie wurde die Möglichkeit der Funktionalisierung von Eisenoxid-Nanopartikeln zum Nachweis der Endothelzellaktivierung untersucht. Hierzu wurden Amin-ummantelten Eisenoxid-Nanopartikel an Carbohydrate (Sialyl LewisX) gekoppelt, die an E- und P-Selektine (CD62E) auf der Zelloberfläche der Endothelien binden. In der T2*-gewichteten MRT und histologisch zeigte sich eine Akkumulation der Nanopartikel an Gefäßstrukturen der geschädigten Hirnareale. CD62E wurde nicht nur in der ischämischen Hemisphäre nachgewiesen, sondern auch kontralateral zeigte sich eine Endothelzellaktivierung.
