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The impact of the interplay between nonionics and the cell membrane on the nanoparticle-cell association and stability of Caco-2 cells

Vera Kerleta

Art der Arbeit

Dissertation

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*in

Franz Gabor

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DOI

10.25365/thesis.9530

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-30408.43992.972364-0

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Nanopartikel (NP) sind etwa 10- 100mal kleiner als eine Eukaryontenzelle und können in diese aufgenommen werden. Bei Aufnahmestudien werden derzeit werden Fluoreszenz-markierte NP eingesetzt, die durch Ausbluten des Farbstoffes falsch positive Ergebnisse vorpsiegeln können. Als Alternative zur Markierung wurde die Änderung der Rauheit der Zelloberfläche durch Bindung und Aufnahme von NP im Durchflußzytometer untersucht. Basiertend auf Vergleichsstudien mit fluoreszenz-markierten NP konnte die Zellgranularität als ein zusätzlicher Parameter für Zytoadhäsion und Zytoinvasion von biomimetischen NP etabliert werden. Obwohl NP in Zellen aufgenommen werden können ist die Aufnahmerate für einen therapeutischen Nutzen oftmals zu gering. Um diesem Problem Rechnung zu tragen wurde der Einfluss der nichtionogenen Tenside Poloxamer 188, Polysorbat 20 und Polysorbat 80 auf die Wechselwirkung von fluoreszierenden NP und Caco-2 Einzelzellen im Durchflusszytometer untersucht. Poloxamer 188 konnte als atoxisch bewertet werden und erhöhte die NP-Zell Assoziation sogar in Mengen, die produktionsbedingt in NP enthalten sind. In Gegenwart von freiem Poloxamer 188 nahm die Zellassoziation der NP mit steigender Konzentration zu. Im Gegensatz dazu verbesserten oder inhibierten Polysorbat 20 und Polysorbat 80 die NP-Zell Wechselwirkung in Abhängigkeit von deren Konzentration. Darüber hinaus wurden zytotoxische Effekte der Polysorbate beobachtet. Mit Hilfe der Mikroaspirationstechnik konnte eine zunehmende Steifigkeit der Zellmembran in Gegenwart von Poloxamer 188 nachgewiesen werden. Die erhöhte NP-Zell Assoziation dürfte daher auf der Unterdrückung der Wellenbewegung der Zellmembran und der damit erhöhten Kontaktfrequenz zwischen NP und Zelloberfläche beruhen. Inwieweit die erhöhte Steifigkeit der Zellmembran in Gegenwart von Poloxamer 188 die Kryokonservierung von empfindlichen Zelllinien vorteilhaft ist, wurde durch Proliferationstests nach dem Tauen von kryokonservierten Caco-2 Zellen untersucht. Verglichen mit herkömmlichen Frier-Tau-Protokollen bewirkte Poloxamer 188 eine deutlich erhöhte Wachstumsrate von Caco-2 Zellen.

Abstract

(Englisch)

Roughly, nanoparticles (NP) are 10 – 100fold smaller than an eucarytic cell thus opening the possibility to be taken up into a cell. To date, labeled NP are used for uptake-studies with the risk of dye-leakage and false positive results. As an alternative avoiding labeling, the changes in roughness of the cell surface upon binding and uptake of NP was monitored by side scatter data using flow cytometry. Based on comparative studies with fluorescent labeled NP, granularity of cells was established as an additional parameter indicating cytoadhesion as well as cytoinvasion of biomimetic NP. Although NP can be taken up into cells, the uptake rate is usually too low for successful therapy. Facing this challenge, the influence of nonionic surfactants such as Poloxamer 188 and Polysorbates on association of fluorescent NP with Caco-2 single cells was investigated flow cytometrically. Poloxamer 188 proved to be non-toxic and increased NP-association even at amounts that are contained in NP due to the preparation process. In presence of free Poloxamer 188, the NP-association considerably increased with concentration. In contrast, presence of Polysorbate 20 and Polysorbate 80 provoked either improved or inhibited NP-cell interaction in a concentration-dependent manner. In addition, cytotoxic effects of Tweens were observed. Applying a microaspiration technique, a gain in stiffness of the cell membrane in presence of Poloxamer 188 was observed. Thus, impairing undulation of the cell membrane increases the contact frequency with NPs facilitating cytoassociation. This increasing stiffness of the cell membrane and non-toxicty of Poloxamer 188 was also supposed to be beneficial for cryo-storage of sensitive cell lines. According to higher proliferation rates of Caco-2 cells post thawing, Poloxamer 188 improved viability in comparison to usually applied freezing protocols.

Autor*innen

Vera Kerleta

Haupttitel (Englisch)

The impact of the interplay between nonionics and the cell membrane on the nanoparticle-cell association and stability of Caco-2 cells

Paralleltitel (Deutsch)

Einfluss der Wechselwirkung zwischen nicht-ionogenen Tensiden und der Zellmembran auf die Zellassoziation von Nanopartikeln und Stabilität von Caco-2 Zellen

Publikationsjahr

2010

Umfangsangabe

251 S. : Ill.

Sprache

Englisch

Beurteiler*innen

Elias Fattal ,

Manuel Carrundo

Klassifikationen

30 Naturwissenschaften allgemein > 30.30 Naturwissenschaften in Beziehung zu anderen Fachgebieten ,

44 Medizin > 44.40 Pharmazie, Pharmazeutika

AC Nummer

AC08122303

Utheses ID

8594

Studienkennzahl

UA | 091 | 449 | |

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