Kombination von magnetisch induzierter Zellmarkierung und magnetischer Wärmebehandlung an Tumorzellen: in vitro-Untersuchungen mit magnetischen Nanopartikeln

Ziele: Magnetische Nanopartikel (MNP) sind als vielseitige Werkzeuge in der diagnostischen Radiologie bekannt. Im Hinblick auf die Entwicklung von effizienten Tumortherapieverfahren sollte erstmals geklärt werden, ob MNP mithilfe eines externen magnetischen Feldes (magnetisch induzierte Zellmarkierung) in Tumorzellen in vitro selektiv angereichert und dann nach Exposition in einem Magnetwechselfeld (MWF; magnetische Wärmebehandlung) zerstört werden können. Methode: Kulturflaschen mit BT-474-Zellen und MNP (0,16 bis 0,48mg Fe/ml Kulturmedium) wurden auf Permanentmagnete (magnetisch induzierte Zellmarkierung; 56 bzw. 83 mT; Kontrollen: ohne Magnete) inkubiert (1 bis 24h). Danach wurde die Temperaturerhöhung von 0,5 bis 5×10⁷ Zellen im Magnetwechselfeld (magnetische Wärmebehandlung; Frequenz: 400kHz; Amplitude: 24,6 kA/m) bestimmt. Zusätzlich wurde die Menge bzw. die Lokalisation des intrazellulären Eisens mittels Atomabsorptionsspektrometrie bzw. Elektronenmikroskopie ermittelt. Ergebnis: Eine gesteigerte zellulären Aufnahme von MNP (z.B. 122 +/- 7 pg Fe/Zelle, 0,32mg Fe/ml, 24h, 5×10⁶ Zellen) durch die 83 mT-Zellmarkierung konnte über die Zeit und die verschiedenen Zellkonzentrationen im Vergleich zu Kontrollen (z.B. 100 +/- 11 pg Fe/Zelle) beobachtet werden. MNP waren in extrem vergrößerten Endosomen lokalisiert. Bei der magnetischen Wärmebehandlung von 83 mT-markierten Zellen konnte demzufolge eine deutliche Temperaturerhöhung (z.B. 28,2 +/- 0,4 K) gegenüber den Kontrollen (z.B. 19,4 +/- 1,4 K) festgestellt werden. Schlussfolgerung: Es konnte ein additiver, zytotoxischer Effekt aufgrund der magnetischen Zellmarkierung in Kombination mit der magnetischen Wärmebehandlung in Abhängigkeit von der MNP-, der Zell-Konzentration und der Inkubationszeit beobachtet werden. Demzufolge sind MNP vielversprechende Werkzeuge, um neue nicht-invasive Tumortherapiekonzepte zu entwickeln.

Korrespondierender Autor: Kettering M

Klinikum der FSU Jena, Institut für Diagnostische und Interventionelle Radiologie, Erlanger Allee 101 (FZL), 07747 Jena

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magnetische Nanopartikel - Hyperthermie - magnetisch induzierte Zellmarkierung