Systemische Aufnahme von unterschiedlich beschichteten Gold-Nanopartikeln im Ovalbumin-Asthma-Modell unter Berücksichtigung ihrer lokalen Wirkung auf die Atemwegsentzündung

Abstract

Die Nanotechnologie eröffnet im klinischen Alltag neue Chancen, insbesondere auf den Gebieten der Drug Delivery und Hyperthermie. In die Atemwege applizierte Nanopartikel lösen lokale Reaktionen aus. Weil viele Nanopartikel auch die Blut-Luft-Schranke überwinden können, eröffnen sich hier neue Möglichkeiten in der systemischen Anwendung. Andererseits birgt dies auch die Gefahr potentieller Toxizität im Gesamtorganismus. Bislang gibt es noch wenig Erkenntnis darüber, wie die Nanopartikelaufnahme von vorbestehenden Lungenerkrankungen wie Asthma beeinflusst wird. In der hier vorgelegten Studie wurde bei BALB/c- Mäusen nach dem Ovalbumin-(OVA)-Asthma-Modell eine allergische Atemwegsentzündung hervorgerufen. Mit Polyethylenglykol(PEG)- sowie mit Zitronensäure/Tanninsäure(Zitrat)- beschichtete Gold-Nanopartikel mit 5 nm Durchmesser wurden intranasal bei Asthma- und Kontrollgruppen verabreicht. Als primäre Endpunkte der Studie wurden (i) Atemwegswiderstand und (ii) lokale Gewebsreaktionen bestimmt. Darüber hinaus wurde über Massenspektroskopie mit induktiv gekoppeltem Plasma die Aufnahme der Gold-Nanopartikel in extrapulmonale Organe quantifiziert. Als Ergebnis konnte gezeigt werden, dass bei Asthma- Vorerkrankung die Nanopartikelaufnahme insgesamt steigt, und dass PEG-beschichtete Gold- Nanopartikel im Vergleich zu Zitrat-beschichteten Gold-Nanopartikeln in höherem Maße systemisch aufgenommen werden. Außerdem konnte demonstriert werden, dass die Nanopartikel, insbesondere die Zitrat-beschichteten, eine Reduktion von Entzündung und Atemwegshyperreagibilität bewirken. Obwohl Gold-Nanopartikel eine für die Asthmatherapie interessante antiinflammatorische Wirkung zu besitzen scheinen, müssen mögliche Nebenwirkungen durch systemische Aufnahme sorgfältig im Auge behalten werden.

Nanotechnology is showing promise in many medical applications such as drug delivery and hyperthermia. Nanoparticles administered to the respiratory tract cause local reactions and cross the blood-air barrier, thereby providing a means for easy systemic administration but also a potential source of toxicity. Little is known about how these effects are influenced by pre-existing airway diseases such as asthma. Here, BALB/c mice are treated according to the OVA asthma protocol to promote allergic airway inflammation. Dispersions of PEGylated (polyethylene-glycol-coated) (PEGylated) and citrated (citrate/tannic-acid-coated) 5 nm gold nanoparticles are applied intranasally to asthma and control groups and (i) airway resistance and (ii) local tissue effects measured as primary endpoints. Further, nanoparticle uptake into extrapulmonary organs is quantified by inductively-coupled plasma mass spectrometry (ICPMS). The asthmatic precondition increases nanoparticle uptake. Moreover, systemic uptake is higher for PEGylated gold nanoparticles compared to citrated nanoparticles. Nanoparticles inhibit both inflammatory infiltrates and airway hyperreactivity, especially citrated gold nanoparticles. Although the anti-inflammatory effects of gold nanoparticles might be of therapeutic benefit, systemic uptake and consequent adverse effects must be considered when designing and testing nanoparticle-based asthma therapies. (Omlor et al., 2017)