Systematische Analyse zur Biodistribution von Nanopartikel-Klassen in der Leber, ein integrierter Ansatz zur Untersuchung der Gesamtorgan-Verteilung und der Rolle einzelner intrahepatischer Zelltypen

Einleitung: Die Leber hat eine herausragende Rolle für die Biodistribution verschiedener nanomedizinischer Konstrukte. Wir untersuchten 3 Prototypen zur zielgerichteten Wirkstoffabgabe: Polymere (10nm), welche modifiziert zur Toleranzinduktion durch Leberendothelzellen (EC) untersucht werden, Liposomen (200nm), welche mit Dexamethason beladen in der Leberfibrose eingesetzt wurden, und Mikrobläschen (MB, 1000nm), welche für die Kontrasmittel-gestützte Sonografie verwendet werden. Da die Partikel-Verteilung in den Zellpopulationen der Leber bisher nicht quantitativ gemessen wurde, sind deren Nebenwirkungen und Einsatzgebiete in der Leber derzeit unzureichend definiert.

Material und Methoden: Die Träger wurden in (fell-freie) SKH-1e Mäuse injiziert und mittels Ganzkörper-Fluoreszenzbildgeung (FMT-CT) die Verteilung untersucht. Die Lebern von C57BL/6J-Mäusen wurden 4h, 14h und 120h nach Injektion durchflusszytometrisch untersucht. Zur Charakterisierung der Kinetik der Biodistribution wurden die Träger in Echtzeit mittels in vivo Zweiphotonenmikroskopie vermessen.

Ergebnis: Alle Trägersystemen waren 48h nach Injektion mit 20% der gespritzten Dosis in der Leber nachweisbar. Durchflusszytometrisch zeigte sich, dass Lipsomen (3% positiv) und Polymere (13% positiv) von ECs aufgenommen werden. Kupffer Zellen (KC) nehmen MB zu einem deutlich größeren Maße als Monozyten-abhängige Makrophagen auf. Liposomen werden von in gleichem Maße von beiden Zellen aufgenommen (60% positiv), die Aufnahme pro Zelle in den KC ist jedoch zehnfach höher. Dendritische Zellen (DC) in der Leber zeigten nur die Aufnahme von Liposomen (30%). Mittels in vivo Mikroskopie zeigte sich eine rasche Filterung von MB durch KC. Liposomen werden über den Beobachtungszeitraum von 2 Stunden konstant von LSEC und KC aufgenommen. Polymere sind nach 2h noch im Blut vorhanden.

Abb. 1: In vivo Mikroskopie der Biodistribution

Schlussfolgerung: Verschiedene Wirkstoffträgerklassen der Nanomedizin erreichen unterschiedliche hepatische Zelltypen. EC werden vor allem durch Polymere und DC vor allem durch Liposomen getroffen, während MB sehr selektiv durch KC gefiltert werden. Die zielgerichtete Verwendung von Nanopartikeln für zell-spezifische Therapieansätze in Lebererkrankungen erfordert weitere Untersuchungen.