S. Dutz: Untersuchung von Bildungkinetik, Stabilität und feldgesteuerter Wechselwirkung mit biologischen Systemen einer auf magneti-schen Nanopartikeln erzeugten Proteinkorona
Beschreibung
In diesem Projekt sollen grundsätzlich die Bildung einer Proteinkorona um magnetische Nanopartikel (MNP), der Einfluss verschiedener Faktoren auf diesen Prozess sowie der Einfluss der Korona auf die Wechselwirkung der betreffenden Partikel mit einem biologischen System untersucht werden. Dazu werden Kern-Schale Hybridpartikel, bestehend aus einem magnetischen Kern und einer Polymerhülle mit veränderlicher Ladung und Ladungsdichte hergestellt und anschließend zur Erzeugung einer Proteinkorona in fötalem Kälberserum (FCS) inkubiert. Der Fokus der Arbeiten liegt vor allem auf der Aufklärung der Wechselwirkung zwischen den erzeugten MNP@Korona-Hybridpartikeln und verschiedenen biologischen Systemen. Dies soll untersucht werden, indem diese Partikel mit verschiedenen biologischen Systemen (z.B. Blut, Zellen, Tier) in Kontakt gebracht werden (auch unter Einfluss eines magnetischen Feldes bzw. Feldgradienten) und die anschließende Reaktion des biologischen Systems auf diesen Kontakt hin untersucht wird. Vorgesehene Untersuchungsmethoden dafür sind beispielsweise die µ-Rheologie, etablierte Zelltoxizitätstests sowie zwei- und dreidimensionale mikroskopische Untersuchungen an Zellen und Versuchstieren. Diese Arbeiten beinhalten auch Untersuchungen, wie die Partikel für die Anwendung am lebenden Tier vorbereitet und gelagert werden müssen. Weiteres wichtiges Ziel der Studie ist die Aufklärung der Kinetik der Koronaentstehung. Schlüsselmethoden hierzu sind die Magnetrelaxometrie, AC-Suszeptometrie sowie Kleinwinkelröntgenstreuung zur Erfassung von minimalen Änderungen des hydrodynamischen Durchmessers, welche mit dem Wachstum der Korona einhergehen. Nachdem die Korona definiert und reproduzierbar hergestellt werden kann, soll nun untersucht werden, welche mechanische Struktur die Korona aufweist und welche Beständigkeit die Korona auf der Partikeloberfläche besitzt. Dazu werden Koronapartikel definiert hergestellt und mit Farbstoffen markiert. Durch ein geeignetes Farbstoffpaar (ein Partner jeweils gebunden in das Polymer sowie die Korona) lässt sich bei räumlicher Nähe dieser beiden Farbstoffe ein Förster-Resonanz Energietransfer beobachten, welcher aussetzt, sobald die beiden Farbstoffe einen größeren Abstand einnehmen. Mit dieser Methode kann das Ablösen der Korona von der Partikeloberfläche für verschiedene Szenarien/Bedingungen untersucht werden, auch innerhalb von Zellen oder Tieren. In einem weiteren Teilprojekt wird untersucht, wie sich verschiedene Oberflächenstrukturen (Patches) der Polymerhülle auf die Ausbildung einer Proteinkorona auf den magnetischen Nanopartikeln auswirkt. Durch die Ausbildung einer MNP-Hülle, welche gleichzeitig hydrophile und hydrophobe Domänen enthält, kann Einfluss darauf genommen werden, wie sich Proteine an dieser Hülle anlagern können, da bei entsprechenden Mustern ähnlich nach dem Schlüssel-Schloss-Prinzip die Serumproteine entweder sehr gut oder aber auch gar nicht an die strukturierte Partikelhülle anbinden können.
Projektleiter
Dr.-Ing. Silvio Dutz, TU Ilmenau
Projektmitarbeiter
Dipl.-Ing. Andreas Weidner
Förderzeitraum
2016 - 2017
Publikationen
[1] M. v.d. Lühe, U. Günther, A. Weidner, C. Gräfe, J.H. Clement, S. Dutz, F.H. Schacher. SPION@Polydehydroalanine Hybrid Particles. RSC Advances 5: 31920–31929 (2015).
[2] A. Weidner, C. Gräfe, M. v.d. Lühe, H. Remmer, J.H. Clement, D. Eberbeck, F. Ludwig, R. Müller, F.H. Schacher, S. Dutz. Preparation of Core-Shell Hybrid Materials by Produc-ing a Protein Corona around Magnetic Nanoparticles. Nanoscale Research Letters 10: 282 (2015).
[3] C. Gräfe, A. Weidner, M. v.d. Lühe, C. Bergemann, F.H. Schacher, J.H. Clement, S. Dutz. Intentional formation of a protein corona on nanoparticles - Serum concentration affects protein corona mass, surface charge, and nanoparticle-cell interaction. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology (2016) dx.doi.org/10.1016/j.biocel.2015.11.005
Kontakt
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