title: Beladung von T-Zellen mit citratbeschichteten superparamagnetischen Eisenoxidnanopartikeln für die magnetische Zellkontrolle
Creators: name: Boosz, Philipp
Publisher: name: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU)
Year: 2025

description: Hintergrund und Ziele: Im Jahr 2021 waren kardiovaskuläre Erkrankungen die häufigste Todesursache, gefolgt von Krebserkrankungen als zweithäufigster Grund. Die Behand-lung maligner Neubildungen beinhaltet häufig die Chemotherapie, Strahlentherapie und chirurgische Resektion. Bei schweren Nebenwirkungen der etablierten Therapien und teilweise nur limitiertem Erfolg bei manchen Tumorarten wurde nach weiteren Therapie-optionen geforscht. Hier konnte sich in den letzten Jahren die Immuntherapie zuneh-mend als vielversprechender Ansatz etablieren. In aktuellen Veröffentlichungen wird die Tumormikroumgebung und ihre Zusammensetzung aus verschiedenen Immunzellen als prognostischer Faktor beschrieben; eine hohe Anzahl an Tumor-infiltrierenden CD8-positiven T-Zellen gilt dabei als günstig. Um T-Zellen gezielt im Bereich malignen Ge-schehens anzureichern zu können, haben wir in dieser Arbeit T-Zellen mit Citrat-beschichteten superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln (SPIONCitrate) beladen, was ihre magnetische Steuerbarkeit ermöglichte. In meiner Arbeit habe ich die Effektivi-tät der Beladung von humanen T-Zellen mit SPIONCitrate und ihre Auswirkung auf Zell-viabilität und Effektorfunktion untersucht, die Ergebnisse wurden publiziert (Boosz et al., Cancers 2021, 13, 4143). Methoden: CD3-positive Zellen wurden aus humanem Vollblut isoliert. Um die Bela-dung der T-Zellen mit Nanopartikeln bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung von Vitalität und Effektorfunktionen zu optimieren, wurden unterschiedliche Inkubationsmedien, verschiedene Nanopartikelkonzentrationen, sowie variierende Inkubationszeiten vergli-chen. Auch der Effekt auf die Zellproliferation nach Stimulation mit CD3/CD28/CD2-Beads wurde untersucht. Die kolloidale Stabilität der SPIONs im jeweiligen Medium wurde über die optische Dichte der Suspension bzw. des Überstands ermittelt. Weiter-hin wurde die zelluläre Eisenaufnahme mittels Atom-Emissions-Spektroskopie, sowie die Vitalität der Zellen im Durchflusszytometer bestimmt. Die Transmissionselektro-nenmikroskopie bestätigte die SPION-Aufnahme. Ob die Zellen durch die SPION-Beladung tatsächlich magnetisch steuerbar wurden, haben wir in einem dynamischen System untersucht, das den Blutfluss in einem Gefäß simulieren sollte. Hier wurden die Zellen von einer Peristaltikpumpe durch einen schmalen Kanal gepumpt, mit dem Ziel, die Zellen magnetisch an einem definierten Ort anzureichern. Wichtig für die Steuerbar-keit der Zellen ist dabei, dass die Partikel fest mit der Zelle verbunden sind, sich nicht ablösen und auf Nachbarzellen übergehen. Dies wurde durch Ko-Inkubation von SPI-ON-beladenen T-Zellen mit unbeladenen T-Zellen untersucht. Schlussendlich wurden die Effektorfunktionen der T-Zellen nach SPION-Beladung und polyklonaler Aktivie-rung mittels CD3/CD28/CD2-Beads im Durchflusszytometer bestimmt. Ergebnisse und Beobachtungen: Durch den Vergleich verschiedener Inkubationsbedin-gung bei der Nanopartikel-Beladung ermittelten wir die optimale Beladungsbedingung bei erhaltener Zellviabilität. In RPMI-Medium mit 10% Fetalem Kälberserum (FCS), einer SPION-Menge von 80 µg Fe/ml sowie einer einstündigen Inkubationsdauer er-reichten wir eine zelluläre Eisenaufnahme von 1.4 pg pro Zelle. Dabei gelang eine stabi-le, intrazelluläre Aufnahme sowie Anheftung der SPIONCitrate an die Zellmembran, wel-che per Transmissionselektronenmikroskopie verifiziert wurde. Der Übergang der Nano-partikel auf ursprünglich nicht beladene naive Zellen wurde ausgeschlossen. 48 Stunden nach der Inkubation war der Eisengehalt pro Zelle halbiert. Durch die Beladung der Zellen mit SPIONs konnten wir in einem dynamischen Fluss-Modell die Zellen an einem definierten Ort magnetisch anreichern. Die physiologische Funktion der T-Zellen nach der Beladung wurde durch polyklonale Aktivierung verifiziert; die darauffolgende Aus-schüttung zelltypischer Zytokine blieb durch die Beladung mit SPIONS unbeeinflusst. Schlussfolgerungen und Diskussion: Die Funktionalisierung von T-Zellen mit SPIONCi-trate ist ein vielversprechender Ansatz, um Immunzellen magnetisch steuerbar zu machen. Dies könnte zukünftig in der adoptiven T-Zell-Therapie genutzt werden, um CD8-T-Zellen vermehrt in der Tumorregion anzureichern und die Tumormikroumgebung so im Sinne einer verbesserten Tumorabwehr zu modifizieren. In unserem geschlossenen Mo-dell konnten wir die Steuerbarkeit und gezielte Anreichung der beladenen Zellen bewei-sen, gewünschte Effektorfunktionen der T-Zellen blieben erhalten, wodurch die Grund-lage für zukünftige Forschung auf diesem Gebiet geschaffen wurde. In vivo sind dar-über hinaus jedoch einige potenzielle Herausforderung in der Anwendung denkbar; möglich wäre zum Beispiel eine nicht ausreichende Zellmagnetisierung, ebenso die Ak-kumulation der magnetisierten Zellen in Kompartimenten wie den Lymphknoten oder toxische Effekte. Auch der Einfluss der Nanopartikel auf antigenspezifische Effektor-funktionen der T-Zellen ist nicht vollends erforscht.