Analyse der Zink-Konzentration im Tumor nach intravaskulärer Applikation von Zinkoxid-Nanopartikeln in Kombination mit iRGD-Peptid im CAM Assay
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Klassische Chemotherapeutika schädigen nicht nur entartete Zellen, sondern greifen auch physiologisch intakt Körperzellen an. Angestrebt werden daher zielgerichtete Tumortherapien, die eine höhere therapeutische Effizienz bei gleichzeitiger Reduktion unerwünschter Arzneimittelwirkungen aufweisen. Wichtige Vertreter des aktiven Drug Targeting sind Nanopartikel – winzige Strukturen, die nicht nur den gezielten Transport zur Zielzelle ermöglichen, sondern aufgrund ihrer biochemisch-physikalischen Eigenschaften auch eine intrinsische Anti-Tumor-Wirkung entfalten können. Zink-basierte Nanopartikel zeichnen sich durch eine hohe Bioverfügbarkeit aus und zeigen sowohl zyto- als auch genotoxische Effekte. Sie gelten daher als vielversprechende Kandidaten in der modernen Krebstherapie.
Die tumortoxische Wirkung der Zinkoxid-Nanopartikel (ZnO-NP) konnte in vitro bereits gezeigt werden, in einem komplexeren System wie dem CAM-Assay war ein Nachweis bisher jedoch nicht möglich. Eine mögliche Ursache dafür könnte in der unzureichenden Anreicherung der ZnO-NP im Tumorgewebe liegen.
Ziel dieser Arbeit war es, die Anreicherung von ZnO-NP im Tumorgewebe nach intravaskulärer Applikation in einem CAM-Modell zu untersuchen und durch den kombinierten Einsatz des tumorpenetrierenden Peptids iRGD gezielt zu verstärken. Das Peptid bindet vaskuläre tumorspezifische Liganden, wodurch ein Endozystose-Mechanismus aktiviert und die intrazelluläre Aufnahme der Nanopartikel verstärkt werden soll. Zu diesem Zweck wurden dreidimensionale hepatozelluläre Tumorzellkulturen auf die Chorionallantoismembran (CAM) von befruchteten Hühnereiern transplantiert und nach erfolgreichem Tumoreinwuchs intravenös mit Aqua dest., iRGD, ZnO-NP oder einer Kombination aus ZnO-NP und iRGD behandelt. Nach einer Inkubationszeit von 18 Stunden wurden die Tumoren explantiert, gewogen, lysiert und hinsichtlich ihrer Zinkkonzentration untersucht. Zur Quantifizierung der freien Zink-Ionen (Zn²⁺) wurde ein kolorimetrischer Zink-Assay durchgeführt; die Messwerte wurden anhand des Probengewichts und des Proteingehalts normalisiert. Insgesamt wurden 135 Tumorproben aus vier voneinander unabhängigen Versuchsdurchgängen analysiert.
Es zeigte sich ein signifikanter Unterschied in der intratumoralen Zinkkonzentration zwischen der iRGD-Gruppe und der Kombinationsgruppe (ZnO-NP + iRGD), während die übrigen Gruppen vergleichbare Zinkwerte aufwiesen. Die mittleren Zinkkonzentrationen bewegten sich mit Werten zwischen 0–20 µM insgesamt im unteren bis mittleren Bereich des validierten Messintervalls. Die geringe Streuung der Messwerte deutet auf eine gleichmäßige intratumorale Zinkanreicherung. Die Kontrollgruppe wies unerwartet erhöhte Werte auf, was auf osmotische Effekte hindeuten könnte.
Die Ergebnisse legen nahe, dass der kombinierte Einsatz von ZnO-NP und iRGD die intratumorale Zinkanreicherung geringfügig verbessern kann. Allerdings blieb ein klarer gruppenspezifischer Effekt weitgehend aus, was möglicherweise auf eine unzureichende Dissoziation der ZnO-NP und damit auf eine eingeschränkte Bioverfügbarkeit zurückzuführen ist. Weitere Studien sind erforderlich, um die Freisetzung und Wirkung von Zinkoxid-Nanopartikeln im in vivo-System gezielter zu analysieren und zu optimieren.