Toxizitätsanalyse von Zinkoxid-Nanopartikeln (ZnO-NP) auf mesenchymale Stammzellen (MSC) nach Kultivierung in Blutplasma oder Zellkulturmedium

Nanomaterialien finden vermehrt Anwendung in der Industrie, Biomedizin und Forschung. ZnO-NP werden besonders häufig verwendet. Eine humane Exposition kann über den Gastrointestinaltrakt, die Haut oder per Inhalation erfolgen. Bezüglich der Toxizität existieren jedoch unterschiedliche Aussagen. In vitro Analysen hierzu erfolgen unter Verwendung von Zellkulturmedium, welches mit tierischem Serum versetzt ist. Ziel dieser Studie ist ein Vergleich der ZnO-NP-Toxizität in MSC nach Kultivierung unter den Standardbedingungen und in 100%igem humanem Blutplasma (BP).

BP wurde aus dem peripheren Blut isoliert und zur Kultivierung von MSC verwendet. Als Kontrolle wurde DMEM plus 10% FCS (DMEM-EM) verwendet. Vor der Zellexposition wurden die ZnO-NP physikalisch charakterisiert. Die Partikeldetektion in den Zellen erfolgte mit dem Elektronenmikroskop. Zytotoxizitäts- und Genotoxizitätsanalysen wurden mit dem MTT- und Comet-Assay durchgeführt.

Eine Kultivierung der MSC in BP zeigte eine signifikante Steigerung der Zellproliferation im Vergleich zur Kultivierung mit DMEM-EM. In der Elektronenmikroskopie konnten ZnO-NP in den Zellen detektiert werden. Unter den Standardbedingungen zeigten sich eine konzentrationsabhängige Zytotoxizität und Genotoxizität nach ZnO-NP Exposition. Nach Kultivierung mit BP konnte diese jedoch nicht beobachtet werden.

Durch eine Veränderung der Zellkulturbedingungen konnte eine Aufhebung der Zyto- und Genotoxizität erreicht werden. Eine Ursache könnte eine Bildung von ZnO-NP an die Plasmaproteine darstellen, so dass weniger NP in die Zelle gelangen. In vitro Daten zur Nanotoxikologie sind unter diesem Aspekt kritisch zu bewerten, da die Exposition im Blutplasma eine höhere in vivo Korrelation bietet als bei DMEM-EM.

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Publication Date:
23 April 2019 (online)