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Abstract

Die Verpackung von Biomolekülen wie z.B. messenger-RNA oder Medikamenten wie z.B. Chemothera-peutika in Nanopartikel ist ein gängiges Verfahren in der Nanomedizin. Entsprechende Nanopartikel werden unter anderem bereits in der Krebstherapie oder zur Impfung gegen SARS-CoV-2 eingesetzt. Nanometrischen Wirkstoffvehikel werden genutzt, um die verpackten Biomoleküle vor dem vorzeitigen Abbau durch z.B. Ribonukleasen zu schützen oder um hydrophobe Medikamente in einer wässrigen Lö-sung zu stabilisieren. Die praktische Handhabung nanomedizinischer Formulierungen im klinischen Alltag und der therapeutische Effekt der transportierten Substanz hängen maßgeblich von der Stabilität des Nanopartikels und seiner Wechselwirkung mit dem biologischen System ab. Aufgrund ihrer geringen Größe können Nanopartikel biologische Barrieren wie die Blut-Gewebe-Schranke überwinden und von Zellen internalisiert werden. Dies kann sowohl therapeutisch genutzt werden, aber auch zu unerwünsch-ten Nebenwirkungen führen. Doch bei der Testung von Nanomaterialien wird der Fokus selten auf die Wechselwirkung zwischen physiologischem und pathophysiologischem Endothel und den Partikeln ge-legt. Auch der Einfluss des Blutflusses auf die Interaktion von im Blut zirkulierender Nanopartikel und der Gefäßwand sind weitestgehend unbekannt. In der hier vorliegenden Arbeit wurde daher die Wech-selwirkung von Chitosan-Nanokapseln (Chi-NK) mit humanen Endothelzellen unter statischen Versuchs-bedingungen und unter (patho-) physiologischen Blutflussbedingungen untersucht. Der Einfluss einer prokoagulatorischen Endothelzellaktivierung und insbesondere die dabei ablaufende Freisetzung des von-Willebrand-Faktors (vWF) auf die Interaktion zwischen Chi-NK und Endothel stand im Fokus der Flussexperimente. Der vWF ist ein hochmolekulares Glykoprotein, welches nach seiner Freisetzung Scherkraft-abhängig gestreckt wird und Thrombozyten aus dem Blutstrom rekrutiert. Unter statischen Bedingungen kam es zu einer Dosis- und Zeit-abhängigen Aufnahme der Chi-NK in die Endothelzellen. In Immunfluoreszenzfärbungen war eine perinukleäre Akkumulation erkennbar. Durch-flusszytometrische Messungen zeigten, dass geringe Chi-NK Konzentrationen (< 0,33*1012 Partikel/ml) nicht zytotoxisch waren. Höheren Chi-NK Konzentrationen (>0,33*1012 Partikel/ml) zeigten eine Zeit-, als auch Konzentrations-abhängige Toxizität. Behandlungen mit verschiedenen Endozytoseinhibitoren deuteten darauf hin, dass Chi-NK hauptsächlich Clathrin-abhängig in die Endothelzellen aufgenommen wurden. In mikrofluidischen Flusskammern wurden in weiteren Versuchen der Einfluss des Blutflusses und die prokoagulatorischen Endothelzellaktivierung auf die Wechselwirkung zwischen Gefäßwand und Chi-NK untersucht. Im Gegensatz zu den statischen Versuchsbedingungen lagerten sich unter unidirektionalen Strömungsbedingungen von 6 dyn/cm2 weniger Chi-NK an der Endothelzelloberfläche an. Nach Freiset-zung des vWF durch Stimulation der Endothelzelle mit 50 µM Histamin ist allerdings eine deutliche en-dotheliale Anreicherung der Chi-NK über den durch den Blutfluss gestreckten, fadenförmigen vWF zu erkennen. Aufbauend auf diesen Arbeiten soll in zukünftigen Versuchen evaluiert werden, ob sich Chi-NK für den Transport von Krebsmedikamenten im präklinischen Tiermodel eignen. Die hier beschrieben vWF-vermittelte Kumulation von Chi-NK am Endothel zeigt auf, dass sich blutzirkulierende Nanopartikel be-sonders in gerinnungsaktivierten Gefäßabschnitten anreichern. Dies ist insbesondere für zukünftige Therapieansätze interessant, da bekannt ist, dass in Tumoren und Metastasen des Melanoms vWF-Fäden gehäuft im Gefäßlumen vorkommen und somit eine Anreicherung antitumoral wirkender Sub-stanzen im Tumorgefäß ermöglichen.