Innovative toxikologische Untersuchungsmethoden für Eisenoxidnanopartikel in der Nanomedizin†Innovative Toxicological Investigation Methods for Iron Oxide Nanoparticles in Nanomedicine
Corresponding Author
Christina Janko
Universitätsklinikum Erlangen, Hals-Nasen-Ohren-Klinik, Kopf- und Halschirurgie, Sektion für Experimentelle Onkologie und Nanomedizin (SEON), Glückstraße 10a, 91054 Erlangen, Deutschland.
Universitätsklinikum Erlangen, Hals-Nasen-Ohren-Klinik, Kopf- und Halschirurgie, Sektion für Experimentelle Onkologie und Nanomedizin (SEON), Glückstraße 10a, 91054 Erlangen, Deutschland.Search for more papers by this authorMarina Pöttler
Universitätsklinikum Erlangen, Hals-Nasen-Ohren-Klinik, Kopf- und Halschirurgie, Sektion für Experimentelle Onkologie und Nanomedizin (SEON), Glückstraße 10a, 91054 Erlangen, Deutschland.
Search for more papers by this authorJasmin Matuszak
Universitätsklinikum Erlangen, Hals-Nasen-Ohren-Klinik, Kopf- und Halschirurgie, Sektion für Experimentelle Onkologie und Nanomedizin (SEON), Glückstraße 10a, 91054 Erlangen, Deutschland.
Search for more papers by this authorHarald Unterweger
Universitätsklinikum Erlangen, Hals-Nasen-Ohren-Klinik, Kopf- und Halschirurgie, Sektion für Experimentelle Onkologie und Nanomedizin (SEON), Glückstraße 10a, 91054 Erlangen, Deutschland.
Search for more papers by this authorAnnkathrin Hornung
Universitätsklinikum Erlangen, Hals-Nasen-Ohren-Klinik, Kopf- und Halschirurgie, Sektion für Experimentelle Onkologie und Nanomedizin (SEON), Glückstraße 10a, 91054 Erlangen, Deutschland.
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Schlossplatz 4, 91054 Erlangen, Deutschland.
Search for more papers by this authorRalf P. Friedrich
Universitätsklinikum Erlangen, Hals-Nasen-Ohren-Klinik, Kopf- und Halschirurgie, Sektion für Experimentelle Onkologie und Nanomedizin (SEON), Glückstraße 10a, 91054 Erlangen, Deutschland.
Search for more papers by this authorChristoph Alexiou
Universitätsklinikum Erlangen, Hals-Nasen-Ohren-Klinik, Kopf- und Halschirurgie, Sektion für Experimentelle Onkologie und Nanomedizin (SEON), Glückstraße 10a, 91054 Erlangen, Deutschland.
Search for more papers by this authorCorresponding Author
Christina Janko
Universitätsklinikum Erlangen, Hals-Nasen-Ohren-Klinik, Kopf- und Halschirurgie, Sektion für Experimentelle Onkologie und Nanomedizin (SEON), Glückstraße 10a, 91054 Erlangen, Deutschland.
Universitätsklinikum Erlangen, Hals-Nasen-Ohren-Klinik, Kopf- und Halschirurgie, Sektion für Experimentelle Onkologie und Nanomedizin (SEON), Glückstraße 10a, 91054 Erlangen, Deutschland.Search for more papers by this authorMarina Pöttler
Universitätsklinikum Erlangen, Hals-Nasen-Ohren-Klinik, Kopf- und Halschirurgie, Sektion für Experimentelle Onkologie und Nanomedizin (SEON), Glückstraße 10a, 91054 Erlangen, Deutschland.
Search for more papers by this authorJasmin Matuszak
Universitätsklinikum Erlangen, Hals-Nasen-Ohren-Klinik, Kopf- und Halschirurgie, Sektion für Experimentelle Onkologie und Nanomedizin (SEON), Glückstraße 10a, 91054 Erlangen, Deutschland.
Search for more papers by this authorHarald Unterweger
Universitätsklinikum Erlangen, Hals-Nasen-Ohren-Klinik, Kopf- und Halschirurgie, Sektion für Experimentelle Onkologie und Nanomedizin (SEON), Glückstraße 10a, 91054 Erlangen, Deutschland.
Search for more papers by this authorAnnkathrin Hornung
Universitätsklinikum Erlangen, Hals-Nasen-Ohren-Klinik, Kopf- und Halschirurgie, Sektion für Experimentelle Onkologie und Nanomedizin (SEON), Glückstraße 10a, 91054 Erlangen, Deutschland.
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Schlossplatz 4, 91054 Erlangen, Deutschland.
Search for more papers by this authorRalf P. Friedrich
Universitätsklinikum Erlangen, Hals-Nasen-Ohren-Klinik, Kopf- und Halschirurgie, Sektion für Experimentelle Onkologie und Nanomedizin (SEON), Glückstraße 10a, 91054 Erlangen, Deutschland.
Search for more papers by this authorChristoph Alexiou
Universitätsklinikum Erlangen, Hals-Nasen-Ohren-Klinik, Kopf- und Halschirurgie, Sektion für Experimentelle Onkologie und Nanomedizin (SEON), Glückstraße 10a, 91054 Erlangen, Deutschland.
Search for more papers by this authorBasierend auf einem Vortrag auf dem Workshop on Nanosafety and Nanotoxicology (NanoSaTox), Hannover, Oktober 2015.
Abstract
deSuperparamagnetische Eisenoxidnanopartikel (SPIONs) bieten vielfältige Anwendungsmöglichkeiten in der Medizin. Toxikologische Untersuchungen, die auf der physikochemischen Charakterisierung der Nanopartikel aufbauen, sind eine wesentliche Voraussetzung für die zukünftige Translation in die klinische Anwendung. Da Nanopartikel mit zahlreichen klassischen toxikologischen Nachweismethoden interferieren, sind Alternativmethoden notwendig. Multiparameterfärbungen für Durchflusszytometrie und Fluoreszenzmikroskopie, markierungsfreie Echtzeitanalysen, 3D-Zellkultur und Flussmodelle werden diskutiert.
Abstract
enSuperparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs) offer various possibilities for application in medicine. Comprehensive toxicological investigations based on proper physicochemical nanoparticle characterizations are a prerequisite for translation from bench to bedside. Since nanoparticles are prone to interfere with several classical toxicological readout systems, alternative methods are necessary. Multiparameter stainings for flow cytometry and fluorescence microscopy, label-free real-time cell analyses, 3D cell culture, and flow models will be discussed here.
References
- 1 A. S. Wadajkar et al., Recent Pat. Biomed. Eng. 2013, 6 (1), 47 – 57. DOI: 10.2174/1874764711306010007
- 2 A. K. Gupta, M. Gupta, Biomaterials 2005, 26 (18), 3995 – 4021. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2004.10.012
- 3 S. Lyer et al., Nanomedicine 2015, 10 (21), 3287 – 3304. DOI: 10.2217/nnm.15.159
- 4 H. F. Krug, Angew. Chem., Int. Ed. 2014, 53 (46), 12304 – 12319. DOI: 10.1002/anie.201403367
- 5 D. R. Hristozov, S. Gottardo, A. Critto, A. Marcomini, Nanotoxicology 2012, 6, 880 – 898. DOI: 10.3109/17435390.2011.626534
- 6 B. Fadeel et al., Wiley Interdiscip. Rev.: Nanomed. Nanobiotechnol. 2013, 5 (2), 111 – 129. DOI: 10.1002/wnan.1206
- 7 J. Zaloga et al., Int. J. Nanomed. 2014, 9, 4847 – 4866. DOI: 10.2147/IJN.S68539
- 8 J. Zaloga et al., Eur. J. Pharm. Biopharm. 2016, 101, 152 – 162. DOI: 10.1016/j.ejpb.2016.01.017
- 9
C. Janko et al., J. Magn. Magn. Mater., in press. DOI: 10.1016/j.jmmm.2016.09.034
10.1016/j.jmmm.2016.09.034 Google Scholar
- 10 J. Zaloga et al., Int. J. Mol. Sci. 2015, 16 (5), 9368 – 9384. DOI: 10.3390/ijms16059368
- 11 R. P. Friedrich et al., Int. J. Nanomed. 2015, 10, 4185 – 4201. DOI: 10.2147/IJN.S82714
- 12 J. Matuszak et al., Clin. Hemorheol. Microcirc. 2015, 61 (2), 259 – 277. DOI: 10.3233/CH-151998
- 13 M. Pottler et al., Int. J. Mol. Sci. 2015, 16 (11), 26280 – 26290. DOI: 10.3390/ijms161125960
- 14 A. Dhawan, V. Sharma, Anal. Bioanal. Chem. 2010, 398 (2), 589 – 605. DOI: 10.1007/s00216-010-3996-x
- 15
N. A. Monteiro-Riviere, A. O. Inman, L. W. Zhang, Toxicol. Appl. Pharmacol. 2009, 234 (2), 222 – 235. DOI: 10.1016/j.taap.2008.09.030
10.1016/j.taap.2008.09.030 Google Scholar
- 16 G. J. Oostingh et al., Part. Fibre Toxicol. 2011, 8 (1), 8. DOI: 10.1186/1743-8977-8-8
- 17 A. L. Holder, R. Goth-Goldstein, D. Lucas, C. P. Koshland, Chem. Res. Toxicol. 2012, 25 (9), 1885 – 1892. DOI: 10.1021/tx3001708
- 18 A. Kroll, M. H. Pillukat, D. Hahn, J. Schnekenburger, Arch. Toxicol. 2012, 86 (7), 1123 – 1136. DOI: 10.1007/s00204-012-0837-z
- 19 K. J. Ong et al., PLoS One 2014, 9 (3), e90650. DOI: 10.1371/journal.pone.0090650
- 20 N. Gupta, H. P. Singh, R. K. Sharma, J. Mol. Catal. A: Chem. 2011, 335, 248 – 252. DOI: 10.1016/j.molcata.2010.12.001
- 21 C. Costa et al., J. Appl. Toxicol. 2016, 36 (3), 361 – 372. DOI: 10.1002/jat.3213
- 22 G. Kumar, H. Degheidy, B. J. Casey, P. L. Goering, Food Chem. Toxicol. 2015, 85, 45 – 51. DOI: 10.1016/j.fct.2015.06.012
- 23 H. Pan et al., BMC Microbiol. 2014, 14, 222. DOI: 10.1186/s12866-014-0222-6
- 24 C. Janko et al., Int. J. Mol. Sci. 2013, 14 (4), 7341 – 7355. DOI: 10.3390/ijms14047341
- 25 H. Zhang et al., ACS Nano 2012, 6 (5), 4349 – 4368. DOI: 10.1021/nn3010087
- 26 L. E. Munoz et al., Autoimmunity 2013, 46 (5), 336 – 341. DOI: 10.3109/08916934.2012.755960
- 27 W. Li et al., Sci. Rep. 2016, 6, 23140. DOI: 10.1038/srep23140
- 28
M. Szekeres et al., J. Nanomed. Nanotechnol. 2015, 5, 252. DOI: 10.4172/2157-7439.1000252
10.4172/2157‐7439.1000252 Google Scholar
- 29 R. Turcu et al., J. Magn. Magn. Mater. 2015, 380, 307 – 314. DOI: 10.1016/j.jmmm.2014.08.041
- 30 H. Unterweger et al., Int. J. Nanomed. 2015, 10, 6985 – 6996. DOI: 10.2147/IJN.S92336
- 31 H. Unterweger et al., Int. J. Nanomed. 2014, 9, 3659 – 3676. DOI: 10.2147/IJN.S63433
- 32 Y. Toduka, T. Toyooka, Y. Ibuki, Environ. Sci. Technol. 2012, 46 (14), 7629 – 7636. DOI: 10.1021/es300433x
- 33 R. M. Zucker, K. M. Daniel, Methods Mol. Biol. 2012, 906, 497 – 509. DOI: 10.1007/978-1-61779-953-2_40
- 34 J. T. Irelan et al., J. Biomol. Screening 2011, 16 (3), 313 – 322. DOI: 10.1177/1087057110397359
- 35 S. Dürr et al., Anticancer Res. 2012, 32 (5), 1983 – 1989.
- 36 J. Matuszak et al., Nanomedicine 2016, 11 (6), 597 – 616. DOI: 10.2217/nnm.15.216
- 37 D. W. Hutmacher, Nat. Mater. 2010, 9 (2), 90 – 93. DOI: 10.1038/nmat2619
- 38 T. T. Goodman, P. L. Olive, S. H. Pun, Int. J. Nanomed. 2007, 2 (2), 265 – 274.
- 39 F. Sambale et al., J. Biotechnol. 2015, 205, 120 – 129. DOI: 10.1016/j.jbiotec.2015.01.001
- 40 X. Gong et al., PLoS One 2015, 10 (6), e0130348. DOI: 10.1371/journal.pone.0130348
- 41 P. Longati et al., BMC Cancer 2013, 13, 95. DOI: 10.1186/1471-2407-13-95
- 42 E. L. da Rocha, L. M. Porto, C. R. Rambo, Mater. Sci. Eng., C 2014, 34, 270 – 279. DOI: 10.1016/j.msec.2013.09.019
- 43 F. Pampaloni, E. G. Reynaud, E. H. Stelzer, Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2007, 8 (10), 839 – 845. DOI: 10.1038/nrm2236
- 44 A. Hornung et al., Anticancer Res. 2016, 36 (6), 3093 – 3101.
- 45 A. Hornung et al., Molecules 2015, 20 (10), 18016 – 18030. DOI: 10.3390/molecules201018016
- 46 Y. Wu et al., Adv. Funct. Mater. 2015, 25 (42), 6576 – 6585. DOI: 10.1002/adfm.201502704
- 47 C. Fede et al., Microvasc. Res. 2015, 97, 147 – 155. DOI: 10.1016/j.mvr.2014.10.010
- 48 A. C. Rinkenauer et al., J. Controlled Release 2015, 216, 158 – 168. DOI: 10.1016/j.jconrel.2015.08.008
- 49 P. M. Hinderliter et al., Part. Fibre Toxicol. 2010, 7 (1), 36. DOI: 10.1186/1743-8977-7-36
- 50 H. F. Krug, P. Wick, Angew. Chem., Int. Ed. 2011, 50 (6), 1260 – 1278. DOI: 10.1002/anie.201001037