Zusammenfassung
Ziel: Magnetische Nanopartikel (MNP) sind als vielseitige Werkzeuge in der diagnostischen und interventionellen Radiologie bekannt. Die Motivation für die vorliegende Untersuchung war zu klären, ob MNP selektiv an humane Adenokarzinomzellen in vitro mithilfe eines externen magnetischen Feldes (magnetisch induzierte Zellmarkierung) angereichert und anschließend diese markierten Tumorzellen nach Exposition in einem Magnetwechselfeld (magnetisch induzierte Wärmegenerierung) zerstört werden können. Langfristiges Ziel dabei ist, diese zwei in der Entwicklung befindlichen Methoden zu einer effizienten Tumorbehandlung mit additivem Effekt zu vereinen. Material und Methoden: BT-474-Zellen wurden bis zur Konfluenz in einer Kulturflasche inkubiert. Anschließend wurden magnetische Nanopartikel (0,32 mg Fe/ml Kulturmedium) zugegeben und die Kultur einem externen magnetischen Feldgradienten (magnetisch induzierte Zellmarkierung, 56 oder 83 mT) über 24 Stunden ausgesetzt, um die Tumorzellen mit den MNP zu markieren. BT-474-Zellen ohne MNP und ohne Magneten bzw. mit MNP, aber ohne Magneten fungierten als Kontrollen. Nach Inkubation mit den MNP wurden die magnetisch markierten Zellen (5 × 107 Zellen/ml) einem Magnetwechselfeld (Frequenz 400 kHz, Amplitude 24,6 kA/m) für 5,45 Minuten ausgesetzt. Der kombinatorische Effekt von beiden Methoden, magnetisch induzierte Markierung und magnetische Wärmebehandlung, wurde über die erzielte Temperaturerhöhung pro Zeiteinheit bestimmt. Die Menge der an Zellen akkumulierten MNP wurde über den Eisengehalt mittels Atomabsorptionsspektrometrie ermittelt. Zur statistischen Analyse wurden Mittelwerte und Standardabweichungen der erzielten Temperaturerhöhungen und Eisengehalte berechnet sowie deren signifikante Unterschiede zu den Kontrollen mittels t-Test ermittelt. Ergebnisse: Es konnte ein signifikant (p < 0,01) höherer Temperaturanstieg während der magnetischen Wärmebehandlung von 41,76 ± 4,60 K bei mit MNP magnetisch markierten Zellen (5 × 107 Zellen/ml, 83 mT) gegenüber den Kontrollen festgestellt werden. Bei Zellen, die mit MNP, aber ohne Magneten inkubiert wurden, lag die Temperaturerhöhung bei 32,03 ± 3,33 K, bei Zellen ohne MNP und ohne Magneten bei 2,69 ± 0,34 K. Schlussfolgerungen: Die Ergebnisse zeigten die magnetisch basierte Steigerung der zellulären MNP-Aufnahme von Tumorzellen, wodurch die generierte Temperaturerhöhung während der magnetischen Wärmebehandlung verstärkt wurde. Folglich könnten MNP zukünftig zu guten Werkzeugen für die Kombination von magnetisch basierten Therapiemodalitäten werden.
Abstract
Purpose: Magnetic nanoparticles (MNP) are known to be versatile tools in diagnostic and interventional radiology. The goal of the present study was to assess whether MNP can be selectively accumulated on human adenocarcinoma cells in vitro using an external magnetic field (magnetically induced cell labeling) and whether these labeled tumor cells can then be destroyed after being exposed to an alternating magnetic field (magnetically induced heating). In this context, a long-term goal is to combine these two developing methods to achieve an additive effect in tumor therapy. Materials and Methods: BT-474 cells were incubated until confluence. Magnetic nanoparticles (0.32 mg Fe/ml culture medium) were then added and the flask was exposed to an external magnetic field gradient (magnetically induced cell labeling, 56 or 83 mT magnets) for 24 hours in order to label the tumor cells with nanoparticles. Cells without both MNP and magnetic labeling as well as cells with MNP incubation but without magnetic labeling served as controls. After MNP incubation, the magnetically labeled cells (5 × 107 cells/ml) were exposed to an alternating magnetic field for 5.45 minutes (frequency 400 kHz, amplitude 24.6 kA/m). The combination effect of both magnetic labeling and magnetic heating was assessed by determining the temperature increase. The amount of MNP accumulated within the cells was determined by measuring the iron content via atomic absorption spectrometry. For statistical analysis mean values and standard deviations of temperature increases and iron contents were calculated and the differences were analyzed using the Student’s t-test. Results: A significant temperature increase (p < 0.01) during magnetic heating of 41.76 ± 4.60 K was detected after magnetic labeling of the cells (5 × 107 cells/ml, 83 mT) incubated with MNP. In comparison, the cells incubated with MNP but without magnetic labeling revealed a temperature increase of 32.03 ± 3.33 K, naked cells of only 2.69 ± 0.34 K. Conclusion: The results demonstrated the magnetically based enhancement of cellular uptake of nanoparticles by tumor cells, resulting in the intensification of the generated temperature increase during magnetic heating. Consequently, magnetic nanoparticles are shown to be valuable tools for the combination of magnetically based therapy modalities.
Key words
Minimal-invasive therapy - breast carzinoma - magnetic nanoparticles - hyperthermia - magnetically induced cell labeling - specific heating power
Literatur
melanie.kettering@med.uni-jena.de
ingrid.hilger@med.uni-jena.de
