Detailansicht

Impact of the growth support on the transcellular transport of nanoparticles
Dietmar Emanuel Pixner
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Michael Wirth
Volltext herunterladen
Volltext in Browser öffnen
Alle Rechte vorbehalten / All rights reserved
DOI
10.25365/thesis.11009
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29857.80677.242062-4
Link zu u:search
(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract
(Deutsch)
Bei biopharmazeutischen Fragestellungen stellen Transportstudien mit Zellmonolayern bereits seit einigen Jahren eine wichtige Standardtechnik dar, die eine in vitro Bestimmung der Permeabilität von Arzneistoffen oder Prodrugs ermöglicht. Neben der Beurteilung der Transportcharakteristik können solche Untersuchungen auch Aufschluss über Cytoadhäsions- und Internalisationsprozesse moderner Arzneistoff-Trägersysteme, wie Mikro- oder Nanopartikel, geben. Für derartige Transportuntersuchungen werden die Zellen auf speziellen Filtermembranen angezüchtet. Um den Einflusses dieser Wachstumsunterlage auf den Transport von 200 nm fluoreszenzmarkierten Polystyrol-Nanopartikeln durch einen Caco-2 Monolayer zu untersuchen, wurden Filtereinsätze mit unterschiedlicher Porenweite (0.4 µm, 1 µm und 3 µm) eingesetzt. Darüber hinaus wurden die Zellen auch in Einsätzen kultiviert, bei denen ein Edelstahlgitter als Wachstumsoberfläche (Maschenweite 25 µm) diente. Dieses Gitter könnte eine interessante Alternative zu herkömmlichen Filtereinsätzen darstellen. Auf diesen Metallgittern konnte ebenfalls die Ausbildung eines konfluenten Caco-2 Monolayers beobachtet werden, wobei der TEER bei ~ 477 Ω cm² lag. Die Transportexperimente mit Caco-2 Monolayern bei 37°C über einen Zeitraum von 24 h ergaben, dass bei 0.4 µm und 1 µm Porenfiltern kein Partikeltransport festzustellen war. Bei den 3 µm Filtereinsätzen wurde zwar ein von der Porosität der Filter abhängiger Transport detektiert, dieser war aber mit 0.02 % (transparente Filter) bzw 0.04 % (translucente Filter) der ursprünglich eingesetzten Menge äußerst gering. Im Vergleich dazu konnte für die Edelstahlgitter eine deutlich erhöhte Transportrate durch den Caco-2 Layer bestimmt werden, wobei hier im basolateralen Kompartiment 1.2 x 1010 Partikel nachgewiesen werden konnten. Dabei muss festgehalten werden, dass ein indirekter Nachweis des Partikeltransports mittels Fluoreszenzanalyse fehleranfällig ist, da aus den Partikeln freigesetzter Fluoreszenzfarbstoff zu falsch positiven Ergebnissen führen kann. Dies konnte durch Ultrazentrifugationsexperimente bestätigt werden. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die Transportraten nicht nur, wie erwünscht, durch den Zelllayer beeinflusst werden, sondern auch die Permeabilitätscharakteristik der Wachstumsunterlage eine nicht zu vernachlässigende Rolle spielt. Aufgrund ihrer höheren Porosität könnten hier Edelstahlgitter einen entscheidenden Vorteil bieten, vor allem wenn eine biopharmazeutische Bewertung moderner Arzneistoff-Trägersysteme Ziel der Untersuchungen ist.
Abstract
(Englisch)
Transport studies across cell monolayers in vitro are biopharmaceutical standard techniques for determining the permeability of drugs and prodrugs. Moreover, transport systems can be used to investigate cytoadhesion, internalization and transcytosis of novel drug carriers such as nano- and microparticles. To elucidate to which extent the filter membrane used for cell cultivation effects the transport rates, permeability studies across Caco-2 monolayers cultivated on filter membranes with pore sizes of 0.4 µm, 1 µm and 3 µm were performed using 0.2 µm fluorescence labelled polystyrene nanoparticles. In addition, the cells were cultivated on stainless steel grids with a mesh width of 25 µm representing a potential alternative to conventional filter materials. The cell monolayers cultivated on these metal grids were confluent and characterized by a transepithelial electrical resistance of 477 Ω cm2. Subsequent transport studies at 37°C illustrated that within 24 h no nanoparticles reached the basolateral compartment, if the cell layers had been cultivated on filter membranes with 0.4 and 1 µm pore size. In case of membranes with 3 µm pore diameter, particle transport depended on pore density and corresponded to 0.02 % and 0.04 % of the initially added particles in case of transparent and translucent membranes, respectively. In contrast, clearly higher particle concentrations of 1.2 x 1010 were determined in the basolateral compartment when highly porous metal grids had been used as growth support for the Caco-2 layer. Interestingly, indirect detection of nanoparticles by fluorimetry was found to be prone to considerable error. As indicated by ultracentrifugation experiments, false positive results were mainly due to fluorescence marker that had been released from the nanoparticles. The presented results indicate that in addition to the cell layer, permeability characteristics of the filter membrane affect analyte transport. Since they allow to exclusively study transport across the cell layer, highly porous growth materials like the presented metal grid might prove clearly beneficial for biopharmaceutical transport studies.

Schlagwörter

Schlagwörter
(Englisch)
transport nanoparticles Caco-2 cells metal grid Transwells
Schlagwörter
(Deutsch)
Transport Nanopartikel Caco-2 Zellen Metall Gitter Transwells
Autor*innen
Dietmar Emanuel Pixner
Haupttitel (Englisch)
Impact of the growth support on the transcellular transport of nanoparticles
Paralleltitel (Deutsch)
Einfluss der Wachstumsunterlage auf den transzellulären Transport von Nanopartikeln
Publikationsjahr
2010
Umfangsangabe
50 S. : Ill., graf. Darst.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Michael Wirth
Klassifikation
44 Medizin > 44.40 Pharmazie, Pharmazeutika
AC Nummer
AC08261020
Utheses ID
9924
Studienkennzahl
UA | 449 | | |
Universität Wien, Universitätsbibliothek, 1010 Wien, Universitätsring 1