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Biomedizinische Nanopartikel als Immunmodulatoren

 

Nanopartikel können sowohl stimulierend als auch hemmend auf das Immunsystem wirken. Ziel des Teams von Barbara Rothen-Rutishauser war es, diese immunmodulatorischen Effekte von Nanopartikeln in Abhängigkeit der Partikeleigenschaften zu untersuchen und damit Erkenntnisse für die Entwicklung neuer Immuntherapien zu liefern.

Hintergrund (abgeschlossenes Forschungsprojekt)

Nanopartikel werden bereits heute in klinischen Studien für biomedizinische Anwendungen eingesetzt. Trotzdem ist noch erstaunlich wenig darüber bekannt, wie Nanopartikel auf den menschlichen Körper wirken und wie sie das Immunsystem beeinflussen. Abhängig von Material, Grösse und / oder Oberflächenstruktur können Nanopartikel Immunantworten hemmen oder auslösen. Diese Eigenschaft, das Immunsystem umzuprogrammieren, kann bei Erkrankungen des Immunsystems wie z.B. beim allergischen Asthma bronchiale therapeutisch genutzt werden. Die Lunge eignet sich sehr gut, um therapeutische, immun-regulierende Nanopartikel effizient und gezielt an ihren Wirkungsort zu bringen. Die Lunge hat eine riesige Oberfläche und besitzt eine Vielzahl an Immunzellen die Substanzen, welche über die Atemluft in die Lunge gelangen, auf ihre potentielle Schädlichkeit auf den menschlichen Körper prüfen. Diese Immunzellen können potenziell von Nanopartikel, mit denen sie in Kontakt kommen, beeinflusst werden. Mit ihrem Team wollte Barbara Rothen-Rutishauser das therapeutische Potenzial inhalierbarer Nanopartikel untersuchen. Mit Hilfe einer Zellkultur, die ein dreidimensionales Modell der menschlichen Lunge darstellt, sowie mit einem Mausmodell, untersuchten sie, von welchen Zellen des Immunsystems die unterschiedlichen Nanopartikel aufgenommen wurden, ob sie die angeborene und / oder erworbene Immunität aktivieren und ob sie eine Immunotoxizität auslösen können.

Resultate

In einem ersten Schritt wurden Gold-Nanopartikel mit unterschiedlichen Oberflächenbeschichtungen und elektrischen Ladungen entwickelt und charakterisiert. Am Zellkultur-Lungenmodell konnte anschliessend gezeigt werden, dass die Gold-Nanopartikel von antigenpräsentierenden Zellen des Immunsystems aufgenommen werden, dabei aber keinen toxischen Effekt auf die Zellen haben. Diese Aufnahme ist effizienter bei positiv geladenen Gold-Nanopartikeln als bei negativ geladenen und die Aufnahme durch spezifische Immunzellen konnte durch eine Oberflächenmodifizierung der Gold-Nanopartikel mit einem Antikörper, der Rezeptoren auf den Immunzellen erkennt, relevant erhöht werden. Im Mausmodell stellte sich dann heraus, dass nur die positiv geladenen, nicht aber die negativ geladenen Gold-Nanopartikel das erworbene Immunsystem in Lymphknoten spezifisch aktivieren. Zusammengefasst zeigen die Resultate dieses Projekts, dass die Oberflächenbeschaffenheit von Nanopartikeln die Immunantwort beeinflusst, indem sie bei der Aufnahme der Nanopartikel in Immunzellen des Lungengewebes und in den Lymphknoten eine Rolle spielt.

Bedeutung

Dieses Projekt liefert wichtige Erkenntnisse zu Mechanismen, wie Nanopartikel mit dem Immunsystem in der Lunge interagieren, wie sie die Immunantwort regulieren und welche Eigenschaften der Nanopartikel dabei eine entscheidende Rolle spielen. Damit legt das Projekt eine wichtige Basis, das Potenzial von Nanopartikeln als immun-regulierende Therapeutika aufzuzeigen und für die Zukunft nutzbar zu machen.

Originaltitel

Biomedical nanoparticles as immune-modulators

Projektleitung

  • Prof. Barbara Rothen-Rutishauser

Weitere Gesuchstellende

  • Dr. Fabian Blank
  • PD Dr. Christophe von Garnier

 

 

Weitere Informationen zu diesem Inhalt

 Kontakt

Prof. Barbara Rothen-Rutishauser Adolphe Merkle Institute Universität Freiburg Chemin des Verdiers 4 1700 Fribourg +41 26 300 95 02 barbara.rothen@unifr.ch