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Verteilung und Wirkung von Nanopartikeln aus abbaubaren Implantaten

 

Implantate mit Nanopartikeln können genutzt werden, um Schädigungen in Hirnblutgefässen zu reparieren. Im Rahmen des Projekts von Martin Frenz wurde untersucht, wie sich die Nanopartikel im Gewebe verteilen, wenn sie von den abbaubaren Implantaten freigesetzt werden.

Hintergrund (abgeschlossenes Forschungsprojekt)

Schädigungen von Hirnblutgefässen können heute mit minimalen operativen Eingriffen repariert werden. Abbaubare Implantate mit Nanopartikeln dienen dabei als "Klebstoff", um die Gefässe mit Lasertechnik wieder nahtlos miteinander verbinden zu können. Bauen sich die Implantate mit der Zeit ab, werden diese Nanopartikel ins umliegende Gewebe freigesetzt. Martin Frenz und sein Team untersuchten, wie sich Nanopartikel nach dem Abbau der Implantate im Gehirngewebe verteilen und ob sie nach Aufnahme in unterschiedlichen Zellen des Gehirns diese schädigen. Da sich Nanopartikel je nach Grösse und Oberflächenstruktur unterschiedlich bewegen und anders von Zellen aufgenommen werden, wurden im Projekt zwei Typen von Nanopartikeln verglichen.

Resultate

In einem ersten Schritt entwickelte und charakterisierte das Forscherteam zwei Arten von Siliziumdioxid/Polymer Nanopartikel mit unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften. Die Nanopartikel enthielten einen Farbstoff, mit dessen Hilfe beobachtet werden konnte, wie sich die Nanopartikel im Gewebe verteilen und in welchen Mengen sie in die Zellen aufgenommen wurden. Als Modelle für die Experimente dienten neuronale Zellen, primäre Gehirn-Zellen und Gehirnschnitte, welche sehr ähnlich zu lebendem Gewebe sind. Die Experimente zeigten, dass beide Typen von Nanopartikeln von Immunzellen des Gehirns aufgenommen wurden. Diese Aufnahme war abhängig von der Zeitdauer des Experiments, der Konzentration der Nanopartikel, sowie deren Oberflächenladung. Die Nanopartikel sammelten sich in spezifischen Strukturen der Zelle an, zum Beispiel dem sogenannten Endoplasmatischen Retikulum, jedoch nicht im Zellkern. Die Aufnahme und Ansammlung von Nanopartikeln in den Zellen hatten jedoch keinen toxischen Effekt auf die Zellen. Nur bei hohen Konzentrationen von Nanopartikeln war ein vorübergehender Anstieg an oxidativem Stress messbar.

Bedeutung

Die Experimente mit den hier untersuchten Nanopartikel-Implantaten zeigten keine schädigende Wirkung der Nanopartikel auf das Gehirn. Damit liefert das Projekt eine sehr gute Grundlage, um die Anwendung von Nanopartikel-Implantaten in der Neurochirurgie weiter voranzutreiben. Es wurden wertvolle optische und elektronenmikroskopische Methoden etabliert, mit denen die Verteilung der Partikel im Gewebe analysiert und quantifiziert werden können.

Originaltitel

Transport of nanoparticles after release from biodegradable implants

Projektleitung

  • Prof. Martin Frenz

Weitere Gesuchstellende

  • Prof. Uwe Pieles
  • Prof. Michael Reinert

 

 

Weitere Informationen zu diesem Inhalt

 Kontakt

Prof. Dr. Martin Frenz Sidlerstrasse 5 3012 Bern +41 31 631 89 15 frenz@iap.unibe.ch