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Im Bereich der Orthopädie und Traumatologie fordern die zunehmende Zahl an Non-Union- und Delayed-Union-Frakturen sowie auch aus volkswirtschaftlicher Sicht die zunehmend alternde Gesellschaft mit entsprechend medizinischen Komplikationen neue Ansätze im Bereich des Tissue Engineerings. Bisherige Fortschritte diesbezüglich lassen sich hauptsächlich im Bereich des viralen Gentransfers mit Knocheninduktion durch Bone morphogenic Proteins (BMPs) sowie durch die Verwendung von Matrixgerüsten mit entsprechenden Plasmiden erkennen. Rückschläge im Bereich des viralen Gentransfers sowie die große Aufwendigkeit in der Herstellung der Matrixgerüste fordern jedoch andere Methoden. Hierbei ist Calcium-Phosphat als non-viraler Vektor eine Möglichkeit. Sfeir et al. entwickelten Nanopartikel aus Calcium-Phosphat (NanoCaPs), die die gewünschte Plasmid-DNA schützend umschließen und in die Zelle transportieren. Da die Transfektion durch viele Faktoren beeinflusst wird, erfolgte die Optimierung dieser für HeLa-Zellen in vitro. Als Markerplasmid fand das gWIZ™ (Green Fluorescent Protein) Verwendung. Die untersuchten und variierten Parameter waren die Inkubationszeit der Transfektionslösung auf den Zellen, Mediumzusätze wie Serum und Antibiotikum sowie unterschiedliche Verhältnisse von Vektor zu DNA. Hierbei konnte eine optimale Inkubationszeit von 48 Stunden eruiert werden. Weiterhin ergab sich die Notwendigkeit von Serum als Mediumzusatz, wobei die Hinzugabe von Antibiotikum als fakultativ zu bewerten ist. Ein optimales Konzentrationsverhältnis konnte bei 1 : 5 bzw. 1 : 10 (DNA zu NanoCaPs) gefunden werden. Vergleichend fanden Untersuchungen mit einem etablierten Vektorsystem, dem kationischen Lipid Lipofectamine™ 2000, statt. Eine ähnliche Optimierung wie bei den NanoCaPs erfolgte, wobei sich hierbei gute Ergebnisse bei Konzentrationsverhältnissen von 1 : 4 sowie 1 : 5 (DNA zu Lipofectamine™ 2000) ergaben. Im quantitativen Vergleich dieser beiden non-viralen Vektorsysteme mittels FACS-Analyse konnten bei den NanoCaPs durchschnittlich 5,9 % transfizierte Zellen bei einem Verhältnis von 1 : 5 (DNA zu NanoCaPs) und bei einem Verhältnis von 1 : 10 (DNA zu NanoCaPs) 11,7 % detektiert werden. Bei Lipofectamine™ 2000 ergaben sich für das Konzentrationsverhältnis 1 : 4 (DNA zu Lipofectamine™ 2000) durchschnittlich 16 % transfizierte Zellen und bei 1 : 5 (DNA zu Lipofectamine™ 2000) 19,7 %. Mittels dieser Nachweismethode werden jedoch nur lebende Zellen gezählt, so dass der bekannten Zytotoxizität des Lipofectamine™ 2000 nur ungenügend Beachtung geschenkt wird. So wird der Anteil transfizierter Zellen zugunsten des Lipofectamine™ 2000 verschoben. Für Calcium-Phosphat hingegen konnte mikroskopisch keine Zytotoxizität beobacht werden und auch in der Literatur ist diese in nur sehr geringem Maße beschrieben. Mit dem Ziel, die NanoCaPs später im Bereich der Knochenbruchheilung zur Proteininduktion einzusetzen, erfolgten weitere Versuchsreihen mit NanoCaPs in vivo. Hierbei konnte bei subkutaner Applikation beim Kaninchen eine erfolgreiche Transfektion mit einzelnen Unterbrechungen für 7 Tage detektiert werden. In Hinblick auf die Hinzugabe von Fibrin als Lösungsstabilisator bzw. Carrier-Matrix zu den NanoCaPs konnte keine Veränderung im Transfektionsergebnis beobachtet werden. Auch in vivo wurden verschiedene Konzentrationsverhältnisse angewendet, wobei sich bei einem Verhältnis von 1:4 (DNA:NanoCaPs) an 5 Tagen positive Banden für GFP im Western Blot zeigten. Weiterhin erfolgte die In-vivo-Testung bei einem Critical-Size-Modell am Kaninchenfemur. Hierbei konnte insgesamt jedoch nur eine positive Bande erkannt werden. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die NanoCaPs erfolgreich in vitro wie auch in vivo transfizieren. Bei der Anwendung in vitro Bedarf es - wie bei anderen non-viralen Vektorsystemen auch - einer Feinabstimmung der einzelnen Parameter, um eine optimale Transfektionseffizienz zu erreichen. Wenn auch in vivo eine deutlich geringere Anzahl an transfizierten Zellen vorlag, so konnte in anderen Studien gezeigt werden, dass schon bei 0,1 % an transfizierten Zellen ein biologischer Effekt durchaus möglich ist. Dieser biologische Effekt könnte in zukünftigen Studien mittels Verwendung eines Bone Morphogenic Proteins anstelle des Green Fluorescent Protein als Genprodukt untersucht werden.