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Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie
73. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie
95. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie
50. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie und Unfallchirurgie

21. - 24.10.2009, Berlin

Exposition von Silber-Nanopartikeln auf humane mesenchymale Stammzellen

Meeting Abstract

  • C. Greulich - BG Universitätsklinik Bergmannsheil GmbH, Chirurgische Klinik und Poliklinik, Bochum, Germany
  • S. Kittler - Universität Duisburg-Essen, Institut für Anorganische Chemie, Essen, Germany
  • M. Epple - Universität Duisburg-Essen, Institut für Anorganische Chemie, Essen, Germany
  • G. Muhr - BG Universitätsklinik Bergmannsheil GmbH, Chirurgische Klinik und Poliklinik, Bochum, Germany
  • M. Köller - BG Universitätsklinik Bergmannsheil GmbH, Chirurgische Klinik und Poliklinik, Bochum, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie. 73. Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Unfallchirurgie, 95. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Orthopädie und Orthopädische Chirurgie, 50. Tagung des Berufsverbandes der Fachärzte für Orthopädie. Berlin, 21.-24.10.2009. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2009. DocPO20-1717

DOI: 10.3205/09dkou726, URN: urn:nbn:de:0183-09dkou7261

Published: October 15, 2009

© 2009 Greulich et al.
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Fragestellung: 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. 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. Ziel dieser Studie war die Untersuchung des Einflusses von Silber-NPs auf wesentliche biologische/zelluläre Funktionen (Proliferation, Zytokinfreisetzung, Chemotaxis) von humanen mesenchymalen Stammzellen (hMSCs).

Methodik: 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, Chemotaxis) 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 und Schlussfolgerungen: 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.

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