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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-64234
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2013/6423/


Aufnahme, Metabolisierung und Toxizität von superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln (SPIOs)

Giemsa, Artur

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SWD-Schlagwörter: Nanopartikel , Nanotechnologie , Pharmakologie , Pharmakokinetik , Toxikologie , Aufnahme , Eisenstoffwechsel , Superparamagnetismus, Ferritin
Freie Schlagwörter (Deutsch): SPIO , Eisenoxid-Nanopartikel , DMT1 , Ferroportin
Basisklassifikation: 44.39 , 44.64 , 42.15 , 42.13
Institut: Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Nielsen, Peter (PD. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 15.07.2013
Erstellungsjahr: 2013
Publikationsdatum: 12.11.2013
Kurzfassung auf Deutsch: In dem vom BMBF-geförderten Verbundprojekt „TOMCAT“ geht es um die Entwicklung und Verbesserung von spezifischen magnetischen Nanopartikeln zur Detektion maligner Tumoren. Der Part unserer Arbeitsgruppe war, radioaktiv-markierte SPIOs zu synthetisieren und damit die Verteilung und den Verbleib von Nanopartikeln in vitro und in vivo im Detail zu untersuchen.
Das Ziel dieser Arbeit ist, die Aufnahme, Metabolisierung und Toxizität eines Model-Nanopartikels (polymer-gecoatetes PMAcOD-SPIO) an verschiedene Zelltypen in vitro, und in Mäusen in vivo zu untersuchen, und mit anderen SPIOs und geeigneten Eisenpräparaten zu vergleichen. In parallel gelaufenen in vivo Experimenten zeigte sich nach kurzer Zeit, dass nach i.v.-Injektion die Hauptmenge der Nanopartikel sofort in die Leber aufgenommen werden. Deshalb wurden Zellkulturmodelle speziell für die Leberfunktion (Makrophagen, Endothelzellen, Hepatozyten) ausgewählt.
Nach der Aufnahme von SPIOs durch den Organismus müsste sich ein Abbau des Nanopartikelkerns zuerst durch Freisetzung von Eisen in der Zelle und dessen Wirkung auf den physiologischen Eisenstoffwechsel und der daran beteiligten Proteine und Gene (Ferritin, Transferrin-Rezeptor 1 und 2, DMT1, Ferroportin, Hepcidin) bemerkbar machen. Bei einer Überforderung des Organismus mit der anfallenden Eisenmenge, aber auch bedingt durch eisenunabhängige Partikeleigenschaften, könnten in der nächsten Stufe oxidativer Stress generiert und anti-oxidativ wirkende Prozesse in Gang gesetzt werden. Darüber hinaus können Entzündungsreaktionen oder akut zytotoxische Reaktionen hervorgerufen werden, die sich auf die Lebensfähigkeit der Zelle drastisch auswirken. Ziel dieser Arbeit ist es, möglichst ein Gesamtbild über die Wirkungen von SPIOs zu erstellen.
In einer weiteren in vivo Fragestellung wurde untersucht, ob und in welchem Ausmaß radiomarkierte PMAcOD SPIOs nach oraler Gabe über den Gastrointestinaltrakt aufgenommen werden können.
Kurzfassung auf Englisch: In the BMBF-funded project \\\"TOMCAT\\\" we worked on the development and improvement of specific magnetic nanoparticles for the detection of malignant tumors. The part of our group was to synthesize radioactively labeled SPIOs and thus to study in detail the distribution and the fate of nanoparticles in vitro and in vivo.
The aim of this work is to investigate the absorption, metabolism and toxicity of a model nanoparticle (polymeric coated PMAcOD-SPIO) in various cell types in vitro and in mice in vivo, and to compare the effects with other SPIOs and appropriate iron supplements. In past in vivo experiments shortly after the i.v. injection the majority of the nanoparticles immediately accumulated in the liver. Therefore, cell culture models for liver function have been selected (macrophages, endothelial cells, hepatocytes).
After the uptake of the SPIOs by the organism a degradation of the nanoparticle core should first result in a release of iron in the cell, followed by its interference with the physiological iron metabolism and the impact on involved proteins and genes (ferritin, transferrin receptor 1 and 2, DMT1, ferroportin, hepcidin). In the case of an overtaxation of the body due to the incidental amount of iron, but also caused by iron- independent particle properties, oxidative stress could be generated, and in the next stage, anti-oxidative processes are set in motion. In addition, acute inflammatory or cytotoxic reactions can be caused with drastic effects on the viability of the cell. The aim of this work is to create an overall picture about the possible effects of SPIOs.
In another in vivo approach it was investigated, whether and to what extent radiolabeled PMAcOD SPIOs are absorbed via the gastrointestinal tract after an oral administration.

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