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Herstellung, Charakterisierung und Funktionalisierung polymerer Nanopartikel und Untersuchung der Wechselwirkungen mit biologischen Systemen

  • Die Nanomedizin beschäftigt sich unter anderen mit der Frage, wie sich die Behandlung gefährlicher Krankheiten effizienter und sicherer gestalten lässt, deren konventionelle Therapie oftmals mit schweren Nebenwirkungen einhergeht. Die Vision ist, ein theranostisches Wirkstoffträgersystem zu schaffen, das seinen therapeutischen Cargo sicher an den Wirkort transportiert, dort freisetzt und gleichzeitig in Echtzeit verfolgt werden kann, um die Therapie individuell anzupassen. Die Grundlage für die erfolgreiche Entwicklung eines Wirkstoffträgersystems bilden Untersuchungen zum Verhalten von nanopartikulären Substanzen in physiologischer Umgebung. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden polymere Nanopartikel unterschiedlicher Morphologie durch die kontrollierte Selbstorganisation amphiphiler Blockcopolymere hergestellt, charakterisiert und auf ihre Wechselwirkungen mit menschlichen Zellen und Serumproteinen untersucht. Dazu wurde eine Studie zur Geometrie- undDie Nanomedizin beschäftigt sich unter anderen mit der Frage, wie sich die Behandlung gefährlicher Krankheiten effizienter und sicherer gestalten lässt, deren konventionelle Therapie oftmals mit schweren Nebenwirkungen einhergeht. Die Vision ist, ein theranostisches Wirkstoffträgersystem zu schaffen, das seinen therapeutischen Cargo sicher an den Wirkort transportiert, dort freisetzt und gleichzeitig in Echtzeit verfolgt werden kann, um die Therapie individuell anzupassen. Die Grundlage für die erfolgreiche Entwicklung eines Wirkstoffträgersystems bilden Untersuchungen zum Verhalten von nanopartikulären Substanzen in physiologischer Umgebung. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden polymere Nanopartikel unterschiedlicher Morphologie durch die kontrollierte Selbstorganisation amphiphiler Blockcopolymere hergestellt, charakterisiert und auf ihre Wechselwirkungen mit menschlichen Zellen und Serumproteinen untersucht. Dazu wurde eine Studie zur Geometrie- und Größenabhängigkeit der Zytoxizität von nanoskaligen Kugel- und Zylindermizellen sowie Vesikelstrukturen durchgeführt. Des Weiteren wurde das Agglomerationsverhalten von verschiedenen polymeren Nanopartikeln in Anwesenheit von Serumproteinen untersucht. Mit Hilfe eines Mikromischer-basierenden Verfahrens gelang es, kontinuierlich sehr einheitliche Polymervesikel herzustellen und diese in situ mit unterschiedlichen Komponenten zu beladen - unter anderem mit dem Wirkstoff Camptothecin sowie einer hohen Dichte an hydrophoben Eisenoxid-Nanopartikeln. Diese wirkstoffbeladenen Hybridvesikel zeigten in vitro im Vergleich zum freien Wirkstoff eine erhöhte zytotoxische Wirksamkeit gegen die Krebszelllinie PC-3. Nach einer Funktionalisierung mit einem krebszellspezifischen Targeting-Peptid und einer zusätzlichen Fluoreszenzmarkierung wurde mit Hilfe der Durchflusszytometrie und konfokalen Laser-Scanning-Mikroskopie eine rezeptor-spezifische Zellaufnahme in PC-3-Krebszellen demonstriert. Messungen zur magnetischen Charakterisierung bestätigten zudem die potenzielle Anwendung magnetischer Polymervesikel als MRT-Kontrastmittel wie auch als Tracer für das Magnetic Particle Imaging (MPI). Kontinuierlich hergestellte, wirkstoffbeladene, magnetische Polymervesikel erfüllen somit viele Grundvoraussetzungen für ein theranostisches Wirkstoffträgersystem und bieten weitere Entwicklungsmöglichkeiten im Hinblick auf Magnetfluid-Hyperthermie, magnetisches Targeting oder eine durch ein Magnetfeld induzierte Wirkstofffreisetzung.zeige mehrzeige weniger
  • One of the main goals of nanomedicine is to improve the treatment of hazardous diseases whose conventional therapy often has serious side effects. The vision is to create a theranostic drug delivery system which is capable of safely transporting therapeutic cargo through the body to a targeted site of disease at which point the drug is released. Furthermore, it is desirable to track the carrier in real time which would allow for a personal adjustment of the therapy. Studies on the behavior of nanoparticulate substances in a physiological environment form the basis for the possibility to successfully develop a drug carrier system. In the present work, polymeric nanoparticles with different morphologies were prepared by the controlled self-assembly of amphiphilic block copolymers. The nanoparticles were subsequently characterized and their interactions with human cells and serum proteins investigated. A cytotoxicity study with spherical and cylindrical micelles as well as vesicularOne of the main goals of nanomedicine is to improve the treatment of hazardous diseases whose conventional therapy often has serious side effects. The vision is to create a theranostic drug delivery system which is capable of safely transporting therapeutic cargo through the body to a targeted site of disease at which point the drug is released. Furthermore, it is desirable to track the carrier in real time which would allow for a personal adjustment of the therapy. Studies on the behavior of nanoparticulate substances in a physiological environment form the basis for the possibility to successfully develop a drug carrier system. In the present work, polymeric nanoparticles with different morphologies were prepared by the controlled self-assembly of amphiphilic block copolymers. The nanoparticles were subsequently characterized and their interactions with human cells and serum proteins investigated. A cytotoxicity study with spherical and cylindrical micelles as well as vesicular structures was carried out and showed a dependency of cytotoxic effects on the geometry and size of the nanoparticles. The agglomeration behavior of various polymeric nanoparticles in the presence of serum proteins was also studied. Highly uniform polymeric vesicles were continuously manufactured in a micromixer based device and in situ loading with different components was performed. In this way, dual loaded vesicles with the anticancer drug camptothecin and a high amount of hydrophobic iron oxide nanoparticles were produced. When tested in vitro, these drug-loaded vesicles showed an increased cytotoxic activity against the cancer cell line PC-3 when compared to the free drug. Specific cellular uptake in PC-3 cancer cells was demonstrated with flow cytometry and confocal laser scanning microscopy after functionalization with a cancer cell specific targeting peptide and an additional fluorescent label. Magnetic characterization of the iron oxide-loaded vesicles also confirmed the potential application as MRI contrast agents and as tracers for magnetic particle imaging (MPI). Continuously manufactured, drug-loaded, magnetic polymeric vesicles thus fulfill many prerequisites for a theranostic drug carrier system and provide opportunities for further developments in the field of magnetic fluid hyperthermia, magnetic targeting or magnetic drug release.zeige mehrzeige weniger

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Metadaten
Autoren/innen:Regina Bleul
Dokumenttyp:Dissertation
Veröffentlichungsform:Eigenverlag BAM
Schriftenreihe (Bandnummer):BAM Dissertationsreihe (133)
Sprache:Deutsch
Jahr der Erstveröffentlichung:2015
Organisationseinheit der BAM:6 Materialschutz und Oberflächentechnik
6 Materialschutz und Oberflächentechnik / 6.6 Nano-Tribologie und Nanostrukturierung von Oberflächen
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Titel verleihende Institution:Freie Universität Berlin, Fachbereich Biologie, Chemie, Pharmazie
Gutachter/innen:Michael Maskos, Rainer Haag
Datum der Abschlussprüfung:03.09.2014
Verlag:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlagsort:Berlin
Jahrgang/Band:133
Erste Seite:1
Letzte Seite:238
DDC-Klassifikation:Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / Medizin und Gesundheit / Medizin und Gesundheit
Freie Schlagwörter:Krebstherapie; Nanomedizin; Selbstorganisation; Theranostik; Wirkstoffträgersystem
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-5134
Verfügbarkeit des Volltexts:Volltext-PDF für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoAllgemeines Deutsches Urheberrecht
Datum der Freischaltung:20.08.2015
Referierte Publikation:Nein