Präparation und Charakterisierung von biologisch aktiven Magnetit-Protein-Nanopartikeln
- Magnetische Nanopartikel besitzen Anwendungspotenzial in vielen biologischen und medizinischen Anwendungsgebieten. Superparamagnetische Magnetit-Nanopartikel werden klinisch verwendet als Kontrastmittel im Magnet-Resonanz-Imaging (MRI)und intensiv untersucht für Anwendungen wie Drug-Delivery-Systeme, Zell-Bewegungs-und Trenn-Systeme und Hyperthermie (1-5). Dabei sind Eisenoxid (Magnetit)-Nanopartikel besonders interessant, da sie größenabhängigen superparamagnetismus besitzen, nicht toxisch sind und im Organismus etabolisiert werden. Deshalb werden unterdessen Magnetit-Nanopartikel in vielen biomedizinischen und diagnostischen Anwendungen eingesetzt. Die Stabilität und Biokompatibilität der Magnetit-Nanopartikel sind von der Größe der Partikel und von der Oberflächenbeschichtung der Partikel in der Lösung abhängig. Die häufigste Methode zur Herstellung von superparamagnetischen Magnetit-Nanopartikeln ist die Kopräzipitation von Eisensalzen in der Gegenwart einer Base, meist Ammoniumhydroxid. Für biomedizinische Anwendungen sollte die Oberfläche der Magnetit-Partikel komplett mit einer Polymerschicht überzogen sein, um den Eisenoxidkern gegen die Blutproteine und Phagocytose-Rezeptoren abzuschirmen. Die üblichsten Beschichtungsmoleküle für biokompatible, auf Magnetit basierende Kolloide sind Derivate von Dextran und Polyethylenglycol. In dieser Arbeit beschreiben wir eine neue Präparationsmethode von Magnetit-Protein-Partikeln durch direkte Kopräzipitation von Eisensalzen und Proteinen. Als Modellprotein wird Humanserumalbumin (HSA) verwendet, das als Hauptprotein des humanen Blutserums an der Oberfläche von Partikeln zur Verwendung in medizinischen Diagnostik- und Therapieverfahren sehr gute Voraussetzungen für die Biokompatibilität der Magnetit-Partikel besitzt. Dabei wurde gefunden, dass die meisten der primären Präzipitationsprodukte zunächst biologisch inaktiv (z. B. nicht von HSA-spezifischen Antikörpern erkennbar) sind und erst durch weitere chemische Aktivierungsschritte biologisch aktiviert werden können. Das Verfahren der chemische Aktivierung und dessen Optimierung wird beschrieben und eine Modellvorstellung für diesen Aktivierungsschritt präsentiert. Magnetit-Nanopartikel-Kopplungsprodukte mit unterschiedlichen Biomolekülen (z.B. Antikörpern, Protein A) gehören zu den für eine Verwendung in humanmedizinischen Strategien favorisierten Transportvehikeln für bioaktive Moleküle. Deshalb wurden die von uns erhaltenen Magnetit-HSA-Komplexe in einem zweistufigen Glutaraldehyd Verfahren chemisch aktiviert und kovalent mit Protein A und Antikörpern (IgG) gekoppelt.