NanoBioDetect – Nanopartikel im Gewebe: Detektion, Quantifizierung und Darstellung biologischer Effektmarker
Inhalierte Nanopartikel, die in den Alveolarbereich der Lunge vordringen können, werden dort ganz überwiegend von Alveolarmakrophagen aufgenommen und aus dem Organ heraustransportiert. Ein sehr kleiner Anteil der Nanopartikel kann jedoch auch in andere Zellen der Lunge gelangen oder erreicht periphere Organe und Gewebe, in denen weitere Effekte ausgelöst werden könnten.
Um diese Prozesse genauer zu untersuchen, wollen die Partner des Projekts NanoBioDetect Nanopartikel mit State-of-the-Art Methoden in der Lunge und anderen Zielorganen detektieren. Ziel ist es, den Einfluss von Nanopartikeln auf Körperfunktionen noch besser zu verstehen, indem Zelltypen, die Nanopartikel enthalten, zunächst identifiziert und charakterisiert werden. Die pro Zelle enthaltene Partikelmasse soll nach Möglichkeit quantifiziert werden. Weitere Arbeiten werden sich der Detektion veränderter Biomoleküle widmen, zu denen u.a. Protein- oder DNA-Modifikationen gehören. Neben Nanopartikel-haltigen Zellen werden auch Geweberegionen untersucht, in denen Nanopartikel angereichert sind. Obschon Effekte von zumeist hohen Nanopartikelkonzentrationen seit langem für Zellen in vitro beschrieben sind, ist die Übertragbarkeit dieser Resultate auf den komplexen Organismus noch immer unklar. Das Wissen um die in vivo Dosis von Nanopartikeln im Tierexperiment, das im Verlauf des Projekts zusammengetragen wird, soll diese Fragen neu beleuchten. In diesem Sinne sollen die Ergebnisse helfen, die Aussagekraft vorhandener in vitro Tests zu verbessern. Gegebenenfalls werden im Projekt auch neue in vitro Tests bereitgestellt, die hinsichtlich Zelltyp und Dosis besser auf die in vivo Situation abgestimmt sind.
Die interdisziplinäre Arbeit an Zellen und Geweben zusammen mit der physikalisch-chemischen Expertise soll es den Projektpartnern erlauben, dieses „Dosis-Effekt-Problem“ für eine repräsentative Auswahl von Nanopartikeln zu lösen. Mit Hilfe der intensivierten Dunkelfeld-, der Raman-, sowie der Hyperspektral-Mikroskopie sollen partikelhaltige Gewebebereiche zunächst identifiziert werden. Wichtige Ergebnisse werden dabei elektronenmikroskopisch kontrolliert.Eine spezielle Übertragungsmethode soll erarbeitet und etabliert werden, um lichtmikroskopisch aufgefundene Gewebebereiche den bildgebenden Analysemethoden zuzuführen: Mit Hilfe der Ionenstrahl-Mikroskopie (engl. ion beam microscopy, IBM) sollen dabei Elementgehalte hochaufgelöst und quantitativ mittels Protonen-Beschuss bestimmt werden. Die „time-of-flight“-Massenspektrometrie (ToF-SIMS) kann bereits jetzt Nanopartikel zusammen mit organischen Molekülen nachweisen, doch ist ein weiterer instrumenteller Ausbau der Methode vorgesehen, um ihre Effizienz und Auflösung weiter zu steigern. Die „laser-ablation-inductively-coupled-mass spectrometry“ (LA-ICP-MS) wird ebenfalls weiter optimiert und als quantitatives Nachweisinstrument zusammen mit weiteren Techniken (µXRF) eingesetzt. Alle Techniken werden so optimiert, dass sie möglichst zusammen mit biologischen (Immunhistochemischen) Nachweismethoden an Gewebeschnitten einsetzbar sind. Der Vergleich der verschiedenen Methoden bzw. Ergebnisse ermöglicht dabei die notwendige Validierung.
Am Ende steht die Entwicklung einer zuverlässigen und kostengünstigen Methodenkombination, mit der eine quantitative Bestimmung von Nanopartikeln in identifizierten Zellen und Geweben zusammen mit dem Nachweis biologischer Effektmarker möglich ist.
