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126. Kongress der Deutschen Gesellschaft für Chirurgie

Deutsche Gesellschaft für Chirurgie

28.04. - 01.05.2009, München

Untersuchungen der Biokompatibilität und Interaktion von Silber Nanopartikeln mit humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSCs)

Meeting Abstract

  • corresponding author C. Greulich - Chirurgische Forschung, BG Kliniken Bergmannsheil
  • S. Kittler - Universität Duisburg-Essen, anorganische Chemie
  • M. Epple - Universität Duisburg-Essen, anorganische Chemie
  • M. Köller - Chirurgische Forschung, BG Kliniken Bergmannsheil

Deutsche Gesellschaft für Chirurgie. 126. Kongress der Deutschen Gesellschaft für Chirurgie. München, 28.04.-01.05.2009. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2009. Doc09dgch10977

DOI: 10.3205/09dgch709, URN: urn:nbn:de:0183-09dgch7093

Published: April 23, 2009

© 2009 Greulich et al.
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Text

Einleitung: Silber in nanopartikulärer Form (Silber-NPs) wird wegen der antiseptischen Eigenschaft in vielen Bereichen z.B. in der Bekleidungs- und Lebensmittelindustrie eingesetzt. Vor allem aber werden die Partikel wegen der lang anhaltenden antimikrobiellen Wirkung in der Medizintechnik, z.B. zur Katheterbeschichtung und Imprägnierung von Instrumenten verwendet. Durch die Bindung der Silberionen an mikrobielle DNA und negativ geladenen Strukturproteine der Bakterienwand bzw. -membran wird die Replikation unterbrochen und die Widerstandsfähigkeit der Zelle stark beeinträchtigt. Trotz der häufigen Anwendung von Silber-NPs ist neben der antimikrobiellen Eigenschaft nur wenig über die biologischen Effekte von Silber in nanopartikulärer Form auf humane Gewebszellen bekannt.

Material und Methoden: Ziel dieser Studie war die Untersuchung des Einflusses von Silber-NPs auf wesentliche biologische/zelluläre Funktionen (Proliferation, Zytokinfreisetzung, Chemotaxis) von humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSCs). Die Silber-NPs (ø <100nm) wurden durch Reduktion von Silbersalz (AgNO3) mittles der Ethylenglykol-Methode hergestellt und durch ein Polymer (Polyvinylpyrrolidone) stabilisiert. Um die Partikel- und Ioneneffekte separieren zu können, wurden zusätzlich Kontrollexperimente mit Silberionen (Silberacetat) durchgeführt. Die hMSCs wurden mit bzw. ohne unterschiedlichen Silber-NPs-Konzentrationen (50 µg/ml, 5 µg/ml, 2.5 µg/ml, 1 µg/ml, 500 ng/ml und 50 ng/ml) für 24h bzw. 7 Tage unter Zellkulturbedingungen inkubiert. Die Proliferation der hMSCs konnte mit Hilfe des AlamarBlue fluorometric Assays und die Zellfunktionen (Vitalität, Chemotaxie) mit der Calcein/ Propidiumjodidfärbung bzw. Phasenkontrastaufnahmen ermittelt werden. Die Zytokinfreisetztung (IL-6, IL-8, IL-11 und VEGF) wurde mittels ELISA und das Agglomerationsverhalten der Silber-NPs mittels des EyeTech-Partikel-Analysers (Ankersmid, Niederlande) bestimmt.

Ergebnisse: Die Ergebnisse zeigten eine konzentrationsabhängige Zellaktivierung (< 2.5 µg/ml) der hMSCs bzw. Toxizität mit einem Schwellwert von <5 µg/ml durch Zugabe der Silber-NPs. Das chemotaktische Verhalten der hMSCs sank analog mit zunehmender Silber-NPs-Konzentration. Die Zytokinantwort der hMSCs war somit deutlich differenziert. Während Interleukin-6 (IL-6) und VEGF mit steigender Silber-NPs-Konzentration abnahm, kam es bei IL-8 zu einer vermehrten Synthese bis zu einem Schwellwert von 2,5 µg/ml. Die IL-11-Synthese wurde dagegen nicht signifikant durch das nanopartikuläre Silber verändert. Die Untersuchungen zum Verhalten der Partikel in biologischen Medien zeigten, dass das Agglomerationsverhalten der Silber-NPs zeitabhängig ist. Inkubationen der Partikel von 7 Tagen, führten zu einer um 10% gesteigerten Agglomeration mit einer erfassbaren durchschnittlichen Größe der Agglomerate von ca. 1,47 µm.

Schlussfolgerung: Die Ergebnisse zeigen, dass Silber-NPs neben der toxischen Wirkung in hohen Konzentrationen (> 5 µg/ml), differenzielle Effekte im subtoxischen Bereich auf die Zytokinsynthese der hMSCs haben.