Nano-Photothermolyse

Abstract

Durch die Ankoppelung von Nanogoldpartikeln mit Größen von 15 nm und 25 nm an Zellen mittels eines IgG Antikörpers und der anschließenden Bestrahlung mit Nanosekunden Laserpulsen mit einer Wellenlängen von 532 nm lassen sich Zellen effektiv und selektiv eliminieren.<br /> Die effektive und selektive Elimination von Zellen mittels Nano-Photothermolyse konnte sowohl für Zellen in einer Suspension, als auch für adhärent wachsende Zellen gezeigt werden. Mit den in dieser Arbeit ermittelten Parametern war es möglich, Zellen mit einer Effizienz von über 99,999 % zu eliminieren bzw. aufzureinigen.<br /> Bei der Nano-Photothermolyse vermittelten Elimination, sind physikalische Größen, wie der Energieeintag, die Partikelgröße, die Partikelanzahl und der Abstand zwischen Nanogoldpartikeln und Zellmembran bzw. die Art der Anbindung der Partikel an die Zelle, wichtige Faktoren für die Eliminationseffizienz.<br /> Die Nano-Photothermolyse ermöglicht eine Aufreinigung primärer Zellen ohne detektierbare Nebenwirkungen und ohne Verlust von Zellen. Die im murinen Modell durchgeführte Aufreinigung von Stammzellen vor der Transplantation in myeloablativ behandelten Mäusen war geeignet, die behandelten Mäuse zu 100 % vor einer Tumorinvasion zu bewahren. Dabei konnte keine Beeinträchtigung der Rekonstitutierung von Knochenmark und vom Blut der transplantierten Tiere festgestellt werden. Eine anschließend durchgeführte in vivo Untersuchung zur Antigen spezifischen Immunantwort der rekonstituierten Tiere ergab, dass die Aufreinigung der Stammzellen durch Nano-Photothermolyse keine ermittelbaren Nebenwirkungen hatte.<br /> Alle in dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen weisen darauf hin, dass die Methode der Nano-Photothermolyse eine geeignete Aufreinigungsmethode für mögliche klinische Anwendungen sein kann, da sie eine hohe Reinheit, eine hohe Ausbeute und eine hohe Sicherheit bzw. Nebenwirkungsfreiheit verspricht.

<strong>Nano-Photothermolysis : An efficient <em>in vitro</em> method for selective cell elimination by laser activated gold nanoparticles</strong><br /> Gold nanoparticles with sizes of 15 nm and 25 nm can selectively target cells by direct conjugation to IgG-antibodies. Subsequent irradiation with nanosecond laser pulses at a wavelength of 532 nm enables selective and efficient cell elimination. <br /> The conjugation, incubation and irradiation parameters, investigated in this doctoral dissertation, enable a selective and efficient Nano-Photothermolysis of cells in suspension as well as for adherently growing cells with an elimination efficiency of more than 99,999 %.<br /> Nano-Photothermolysis mediated cell elimination is dependent on physical parameters like the applied laser energy, the particle size, the number of particles per cell and the distance between gold nanoparticles and cell membrane, which depends on the targeting strategy.<br /> Primary cells can be purified by Nano-Photothermolysis without detectable side effects and loss of cells. The purification of tumor contaminated bone marrow before transplantation of myeloablative mice was successful and could protect the treated mice from tumor invasion up to 100 %. No side effects on bone marrow and blood cell reconstitution could be found. Furthermore an antigen specific in vivo immune assay in the reconstituted mice demonstrated that the stem cell purification by Nano-Photothermolysis had no side effects on the functionality of reconstituted immune cells. <br /> All data in this study suggest, that this method based on light-induced nanoparticle-activated cell-selection can be a suitable cell purification strategy for clinical applications, because of the high purity, high selectivity and yield without side effects on the functionality of purified cells.