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Untersuchungen zum Effekt superparamagnetischer Eisenoxid-Nanopartikel auf Kaninchen-Stimmlippenfibroblasten als Voraussetzung für magnetic tissue engineering
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Autoren
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Stephan Dürr
- HNO-Klinik, Abteilung für Phoniatrie und Pädaudiologie/Sektion für Experimentelle Onkologie und Nanomedizin (SEON), Erlangen, Deutschland
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Christopher Bohr
- HNO-Klinik, Abteilung für Phoniatrie und Pädaudiologie, Erlangen, Deutschland
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Ralf Philipp Friedrich
- HNO-Klinik, Sektion für Experimentelle Onkologie und Nanomedizin, Erlangen, Deutschland
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Stefan Lyer
- HNO-Klinik, Sektion für Experimentelle Onkologie und Nanomedizin, Erlangen, Deutschland
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Michael Döllinger
- HNO-Klinik, Abteilung für Phoniatrie und Pädaudiologie, Erlangen, Deutschland
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Christoph Alexiou
- HNO-Klinik, Sektion für Experimentelle Onkologie und Nanomedizin, Erlangen, Deutschland
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Christina Janko
- HNO-Klinik, Sektion für Experimentelle Onkologie und Nanomedizin, Erlangen, Deutschland
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Marina Pöttler
- HNO-Klinik, Sektion für Experimentelle Onkologie und Nanomedizin, Erlangen, Deutschland
| Veröffentlicht: | 7. September 2015 |
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Gliederung
Zusammenfassung
Hintergrund: Magnetic tissue engineering ist eine Sonderform des tissue engineering. Superparamagnetische Eisenoxid-Nanopartikel (superparamagnetic iron oxide nanoparticles, SPION) werden von Zellen aufgenommen. Auf diese Weise können die Zellen über ein Magnetfeld beeinflusst werden. Dieses Verfahren benötigt keine Gerüststrukturen, sog. scaffolds, und könnte daher für die Konstruktion eines Stimmlippentransplantats besonders geeignet sein.
Material und Methoden: Stimmlippenfibroblasten (vocal fold fibroblasts, VFF) wurden aus der lamina propria von post mortem entnommenen Kaninchen-Kehlköpfen isoliert und in vitro kultiviert. In der Zellkultur wurden Adhäsion, Migration und Spreading analysiert. Zudem wurde die Fähigkeit der Zellen, eine dreidimensionale Struktur, sog. Sphäroide, zu bilden, überprüft.
Ergebnisse: In den durchgeführten Experimenten ergab sich ein konzentrationsabhängiger Effekt der SPION auf die VFF. Bis zu einer Konzentration von 60 µg/cm2 zeigten sich keine signifikanten Einschränkungen der untersuchten Zellfunktionen. Zudem konnte die Fähigkeit der VFF zur Bildung von Sphäroiden bestätigt werden.
Diskussion: Die untersuchten Funktionen und Verhaltensweisen der Zellen stellen Eigenschaften dar, welche für das tissue engineering von grundlegender Bedeutung sind. Ohne entsprechende Fähigkeiten wäre die Herstellung einer dreidimensionalen Zellkultur mithilfe von SPION nicht möglich.
Fazit: Schritt für Schritt werden die Voraussetzungen für die Entwicklung eines Stimmlippentransplantats mittels magnetic tissue engineering geschaffen.
Unterstützt durch: Deutsche Krebshilfe (Nr. 111332).
Text
Hintergrund
Magnetic tissue engineering ist eine Sonderform des tissue engineering. Superparamagnetische Eisenoxid-Nanopartikel (superparamagnetic iron oxide nanoparticles, SPION) werden von Zellen aufgenommen. Auf diese Weise können die Zellen über ein Magnetfeld beeinflusst werden [1]. Dieses Verfahren benötigt keine Gerüststrukturen, sog. scaffolds, und könnte daher für die Konstruktion eines Stimmlippentransplantats besonders geeignet sein.
Voraussetzung für erfolgreiches magnetic tissue engineering ist eine gute Biokompatibilität der SPION und die grundsätzliche Fähigkeit der Zellen überhaupt eine 3D-Struktur zu bilden. Hierfür dürfen Zellen in ihrem Verhalten, insbesondere in Adhäsion, Migration und spreading (Ausbreitung auf einer Oberfläche), nicht wesentlich eingeschränkt sein [2].
Am Kaninchen-Kehlkopf wurden bereits erfolgreich akustische und aerodynamische Messungen durchgeführt, weswegen dieses Modell gewählt wurde [3].
Material und Methoden
Stimmlippenfibroblasten (vocal fold fibroblasts, VFF) wurden aus der lamina propria von post mortem entnommenen Kaninchen-Kehlköpfen isoliert und in vitro kultiviert. In der Zellkultur wurden Adhäsion, Migration und spreading analysiert. Hierzu wurden VFF mit unterschiedlichen SPION-Konzentrationen beladen (0, 20, 40, 60, 80 µg/cm2) und nach 24 Stunden wieder ausgesät. Die nächsten 24 Stunden geben Aufschluss über Adhäsion und spreading der Zellen. Das Migrationsverhalten wurde nach 48 Stunden mit dem sog. Scratch-Test untersucht. Hierbei werden die Zellen streifenförmig in der Mitte der Kultur durch einen scratch entfernt und die Neubesiedlung analysiert (Abbildung 1 [Abb. 1]). Im Sinne eines live cell imaging wurden mit dem IncuCyte-System® (Essen Instruments, Ann Arbor, USA) im Abstand von 30 Minuten automatisch Bilder aufgenommen. Im Anschluss wurden die Bilder mit dem Analyseprogramm ImageJ® (Essen Instruments, Ann Arbor, USA) ausgewertet.
Ergebnisse
In den getesteten Konzentrationen zeigten sich keine signifikanten Einschränkungen der untersuchten Zellfunktionen Adhäsion und spreading. Auch hinsichtlich der Migration ergab sich im Scratch-Test kein signifikanter zeitlicher Unterschied bei der Neubesiedlung des scratch (Abbildung 2 [Abb. 2]).
Diskussion
Die untersuchten Funktionen und Verhaltensweisen der Zellen stellen Eigenschaften dar, welche für das tissue engineering von grundlegender Bedeutung sind. Ohne entsprechende Fähigkeiten wäre die Erzeugung einer dreidimensionalen Zellkultur mithilfe von SPION nicht möglich.
Fazit/Schlussfolgerung
Schritt für Schritt werden die Voraussetzungen für die Entwicklung eines Stimmlippentransplantats mittels magnetic tissue engineering geschaffen.
Förderung
Unterstützt durch Deutsche Krebshilfe e. V. (Nr. 111332).
Literatur
- 1.
- Souza GR, Molina JR, Raphael RM, Ozawa MG, Stark DJ, Levin CS, Bronk LF, Ananta JS, Mandelin J, Georgescu MM, Bankson JA, Gelovani JG, Killian TC, Arap W, Pasqualini R. Three-dimensional tissue culture based on magnetic cell levitation. Nat Nanotechnol. 2010;5:291-6. DOI: 10.1038/nnano.2010.23
- 2.
- Poettler M, Unseld M, Braemswig K, Haitel A, Zielinski CC, Prager GW. CD98hc (SLC3A2) drives integrin-dependent renal cancer cell behavior. Mol Cancer. 2013;12:169. DOI: 10.1186/1476-4598-12-169
- 3.
- Maytag AL, Robitaille MJ, Rieves AL, Madsen J, Smith BL, Jiang JJ. Use of the rabbit larynx in an excised larynx setup. J Voice. 2013;27:24-8. DOI: 10.1016/j.jvoice.2012.08.004
