Calciumphosphat‐Nanopartikel als Basis für eine transfizierende Implantatbeschichtung

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Als Resümee der Arbeit kann gezogen werden, dass das Ziel zur Entwicklung einer transfizierenden Implantatbeschichtung voll erreicht wurde. Das System zur Synthese von Calciumphosphat-Nanopartikeln, die sphärisch sind, als dominierende Phase im Inneren Hydroxylapatit besitzen und durch die Wahl der Trocknungsmethode eine einstellbare Kristallinität aufweisen, ist einfach und gut reproduzierbar. Weiterhin kann in diesem modularen Aufbau, wenn gewünscht, eine zusätzliche Funktionalisierung auf die Kolloide aufgebracht werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurden verschiedene synthetische Polymere sowie das Biomolekül DNA eingesetzt. Die Polymere sind in der Lage, je nach gewähltem Dispersionsmittel, eine stabile und lagerfähige Dispersion der Partikel zu ermöglichen. Die HRTEM-Untersuchungen ergaben für 180 d in 2-Propanol gelagerte Kolloide keinen Unterschied in der Morphologie und Kristallinität, im Vergleich zu frisch synthetisierten Präzipitaten. Die Trocknungsmethode liefert nanokristalline Partikel, wenn das Präzipitat nach der Filterung mit 2-Propanol gewaschen und anschließend an Luft getrocknet wird. Ein sofortiges Einfrieren bei -80 °C und anschließende Lyophilisation führt zu Partikeln identischer Morphologie, die jedoch im Gegensatz zu den an Luft getrockneten Kolloiden völlig amorph sind. Die Stöchiometrie der Partikelzusammensetzung bleibt hierbei erhalten. Eine Trocknung der Partikel an Luft ohne vorherige Waschung mit Alkohol führt zu völlig agglomerierten Materialien, die sich nicht mehr in Dispersion bringen lassen. Eine Erklärung hierfür liefert die Theorie, dass der hydratisierte Rand des Kolloids beim Trocknen kristallisiert und die Nanopartikel irreversibel miteinander verknüpft. Die Methode der elektrophoretischen Beschichtung ermöglicht es, mit empfindlichen Substanzen funktionalisierte Nanopartikel auf polarisierbare Substrate aufzubringen. So ließen sich mit Pharmazeutika beladene Implantatbeschichtungen realisieren. Im Gegensatz zu einer Plasma-Spray-Beschichtung ist die hier resultierende Schicht mit einer wesentlich geringeren Oberflächenhaftung ausgestattet. Eine Anwendung fände sich hier eher in der kontrollierten Wirkstofffreisetzung und nicht in der Verbesserung der Implantathaftung. Die Synthese eines PEI-funktionalisierten, kationischen Kolloids eröffnete die Möglichkeit zur weiteren Funktionalisierung mit negativ geladener DNA. Die so dargestellten Partikel konnten für die elektrophoretische Beschichtungs-methode genutzt werden. Die auf diese Weise hergestellten Beschichtungen wiesen in den Transfektionsuntersuchungen eine Effizienz auf, die weit über dem gegenwärtigen Stand der Technik liegt. Da im Gegensatz zu den in der Literatur bekannten PEI/DNA Präzipitaten hier die Hauptmasse des Materials aus Calciumphosphat besteht, ist die zytotoxische Wirkung des PEI erheblich verringert. Tote Zellen konnten in den Zellexperimenten nicht gefunden werden; direkt nachgewiesen mit einem MTT-Test wurden sie allerdings auch nicht. Um eventuell vorhandene Toxizitäten des verwendeten Polymers weiter zu analysieren, sollte dieses System noch untersucht werden. Eine Variation der Kettenlänge des Polyethylenimin und die Verwendung anderer Zelllinien bieten sich hierfür an. Die noch stark schwankenden Daten zur Transfektionseffizienz erklären sich aus der Methode des Nachweises. Da auch die Zellen als nicht erfolgreich transfiziert gezählt werden, die keinen Kontakt zum Substrat haben, verringert dies die Effizienz erheblich. Es ist davon auszugehen, dass die reale Effizienz der dargestellten Substrate nahe 100 % liegt. Eine weitere Untersuchung dieses erfolgversprechenden Ansatzes kann in Zukunft die statistischen Daten erhärten und Vergleiche zu anderen Zelllinien aufstellen. Sehr interessant wäre auch die Beantwortung der Fragestellung, ob sich mit diesem System auch pflanzliche Zellen transfizieren lassen. Normalerweise sind Nanopartikel nicht in der Lage, die starre Zellwand zu durchdringen [257]. Eine industrielle Anwendung in der Biotechnologie wäre ebenfalls eine interessante Alternative.
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Dokumententyp:
Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Fakultät / Institut:
Fakultät für Chemie » Anorganische Chemie
Dewey Dezimal-Klassifikation:
500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie » 546 Anorganische Chemie
Stichwörter:
Nanopartikel, Calciumphosphat, Transfektion
Beitragende:
Prof. Dr. Epple, Matthias [Betreuer(in), Doktorvater]
Dr. rer. nat. Zellner, Reinhard [Gutachter(in), Rezensent(in)]
Prof. Dr. Behrens, Peter [Gutachter(in), Rezensent(in)]
Sprache:
Deutsch
Kollektion / Status:
Dissertationen / Dokument veröffentlicht
Datum der Promotion:
15.12.2008
Dokument erstellt am:
17.12.2008
Promotionsantrag am:
01.05.2008
Dateien geändert am:
17.12.2008
Medientyp:
Text
Bezug:
September 2005 bis Juni 2008