Aus der Hals-Nasen-Ohren-Klinik
Kopf- und Halschirugie
der
Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
Direktor: Prof. Dr. med. H. Iro
Verteilung magnetischer Nanopartikel in einem Arterienströmungsmodell
in Abhängigkeit der Magnetfeldstärke und der Partikelgröße
- Vorarbeiten für das Magnetische Drug Targeting -
Inaugural-Dissertation
zur Erlangung der Doktorwürde
der Medizinischen Fakultät
der
Friedrich-Alexander-Universität
Erlangen-Nürnberg
vorgelegt von
Biancamaria Beck
aus
Bayreuth
Gedruckt mit Erlaubnis der
Medizinischen Fakultät der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-
Nürnberg
Dekan: Prof. Dr. med. Dr. h.c. Jürgen Schüttler
Referent: Prof. Dr. med. Christoph Alexiou
Korreferent: PD Dr. med. Michael Koch
Tag der mündlichen Prüfung: 28.05.2013
1
Inhaltsverzeichnis
INHALTSVERZEICHNIS……………………………………………………....1
1. ZUSAMMENFASSUNG ................................................................................... 4
1.1. HINTERGRUND UND ZIELE ................................................................................................................ 4
1.2. METHODEN ................................................................................................................................... 4
1.3. ERGEBNISSE UND BEOBACHTUNGEN ................................................................................................... 5
1.4. PRAKTISCHE SCHLUSSFOLGERUNGEN .................................................................................................. 5
2. SUMMARY ........................................................................................................ 6
2.1. BACKGROUND AND INTENTIONS ........................................................................................................ 6
2.2. METHODS ..................................................................................................................................... 6
2.3. RESULTS ....................................................................................................................................... 7
2.4. CONCLUSION ................................................................................................................................. 7
3. EINLEITUNG .................................................................................................... 8
4. MATERIAL UND METHODEN ................................................................... 12
4.1 CHEMIKALIEN ................................................................................................................................ 12
4.2 MESSGERÄTE ................................................................................................................................ 15
4.3 NANOPARTIKEL ............................................................................................................................. 16
4.4 PRÄPARATION DER ARTERIEN ........................................................................................................... 19
4.5 FLUSSMODELL ............................................................................................................................... 20
4.6 PARTIKELGRÖßENMESSUNG ............................................................................................................. 24
4.7 EISENBESTIMMUNG........................................................................................................................ 24
4.8 MAGNETORELAXOMETRIE ............................................................................................................... 25
2
4.9 MIKRO-COMPUTERTOMOGRAFIE ...................................................................................................... 27
4.10 HISTOLOGIE ................................................................................................................................ 29
4.11 STATISTIK ................................................................................................................................... 30
5. ERGEBNISSE .................................................................................................. 32
5.1 BEOBACHTUNGEN WÄHREND DER VERSUCHE ...................................................................................... 32
5.2 PARTIKELGRÖßENMESSUNG ............................................................................................................. 34
5.3 EISENBESTIMMUNG........................................................................................................................ 37
5.4 MAGNETORELAXOMETRIE ............................................................................................................... 38
5.4.1 Relative Anreicherung in Abhängigkeit von der Magnetfeldstärke ...................................... 38
5.4.2 Absolute Anreicherung in Abhängigkeit von der Spülung der Arterien und der
Filtration der Partikel ............................................................................................................. 40
5.4.3 Zusammenfassung der Ergebnisse aus den MRX-Messungen ............................................... 43
5.5 HISTOLOGIE .................................................................................................................................. 45
5.6 MIKRO-COMPUTERTOMOGRAFIE ...................................................................................................... 47
6. DISKUSSION................................................................................................... 52
6.1 PARTIKELANREICHERUNG IN ABHÄNGIGKEIT VON DER GRÖßE DER PARTIKEL .............................................. 52
6.2 PARTIKELANREICHERUNG IN ABHÄNGIGKEIT VOM MAGNETFELDGRADIENTEN ............................................ 55
6.3 AUSBLICK ..................................................................................................................................... 57
7. LITERATURVERZEICHNIS ....................................................................... 60
8. ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS ................................................................... 67
9. ABBILDUNGSVERZEICHNIS ..................................................................... 68
10. TABELLENVERZEICHNIS ....................................................................... 72
3
11. ANHANG ....................................................................................................... 73
11.1 ARTERIENÜBERSICHT .................................................................................................................... 73
11.3 AUSWERTUNG DER PARTIKELGRÖßENMESSUNG ................................................................................. 77
11.4 AUSWERTUNG DER EISENBESTIMMUNG ........................................................................................... 81
11.5 AUSWERTUNG DER MRX-MESSUNGEN ........................................................................................... 85
12. DANKSAGUNG .......................................................................................... 100
ERKLÄRUNG
LEBENSLAUF
4
1. Zusammenfassung
1.1. Hintergrund und Ziele
Krebs ist nach wie vor eine der Haupttodesursachen weltweit, wodurch die
dringende Notwendigkeit zur Entwicklung innovativer Therapiekonzepte
begründet wird. Einen neuen Ansatz stellt dabei das Magnetische Drug Targeting
dar, bei dem Zytostatika, die an magnetische Nanopartikel gekoppelt sind, in das
Blutgefäßsystem appliziert werden und sich durch Anlage eines externen
Magnetfeldes lokal konzentrieren lassen. Dadurch können vielfach höhere
Konzentrationen von Chemotherapeutika im Tumorgewebe, bei gleichzeitiger
Minimierung der Nebenwirkungen für gesundes Körpergewebe, erzielt werden.
Ziel dieser Arbeit war es, die Konzentration sowie die Verteilung der
magnetischen Nanopartikel in einem Arterienmodell, welches die physiologischen
Bedingungen in vivo simuliert, unter Variation der Partikelgröße und der
Magnetfeldstärke zu untersuchen.
1.2. Methoden
Chemotherapeutika, die an magnetische Nanopartikel gekoppelt wurden,
applizierte man unter Anlegen eines externen Magnetfeldes in das Lumen einer
Femoralarterie des Rindes. Dabei wurde in den Versuchsreihen sowohl die Größe
der Nanopartikel, als auch die Stärke des Magnetfeldes variiert. Im Anschluss
daran wurde die Größe der Nanopartikel mit dem Prinzip der Dynamischen
Lichtstreuung vor und nach Magnetisierung sowie der Eisengehalt der einzelnen
Partikelchargen bestimmt. Zur quantitativen Auswertung des Gehaltes und der
Verteilung von magnetischem Eisenoxid in den Arterien wurde eine
magnetorelaxometrische (MRX) Messung durchgeführt, deren Ergebnisse mit den
5
qualitativen Daten aus der Mikrocomputertomografie (µ-CT) und der Histologie
verglichen wurden.
1.3. Ergebnisse und Beobachtungen
Es konnte zum einen gezeigt werden, dass der Prozess der Magnetisierung die
Größe der nanopartikulären Teilchen erhöht. Überdies konnte man in den MRX-
Messungen statistisch signifikant (p≤0,05) unter Beweis stellen, dass mit
steigender magnetischer Flussdichte auch der Gehalt an magnetischem Eisenoxid
in den Arterien ansteigt und dass sich durch Einsatz größerer magnetischer
Nanopartikel sowie durch Fehlen eines Nachspülvorgangs am Ende des Versuches
deutlich mehr Aufnahme von magnetischem Eisenoxid erzielen lässt, als durch die
Verwendung kleinerer Partikel mit abschließendem Nachspülen. So konnten bei
größeren Partikeln ohne Spülung am Ende des Versuches bei der
Magnetfeldstärke 16T/m im Durchschnitt 77,02% aller magnetischen
Nanopartikel in den Segmenten -2 bis +2 nachgewiesen werden, die während des
Versuches direkt unter dem Polschuh des Magneten gelegen waren. Diese
Beobachtungen wurden sowohl durch die Resultate aus den histologischen
Schnittbildern, als auch durch die grafische Darstellung der µ-CT bestätigt.
1.4. Praktische Schlussfolgerungen
Somit lässt sich feststellen, dass die Methode des Magnetischen Drug Targetings
im Arterienmodell zur gezielten Anreicherung magnetischer Nanopartikel
geeignet ist, wobei für eine effektive Konzentration an Zytostatika relativ hohe
Magnetfeldstärken benötigt werden. Daher sind weiterführende Untersuchungen
der einzelnen Parameter unabdingbar, um eine effiziente Anwendung beim
Menschen erreichen zu können.
6
2. Summary
2.1. Background and intentions
Cancer is still one of the main causes of death in the world. Therefore it is
reasonable to develop new concepts for therapy. One of the recent approaches is
Magnetic Drug Targeting, where a chemotherapeutic agent bound to magnetic
nanoparticles is administered into the blood stream and focused in the region of
interest by a strong external magnetic field. This method enables to achieve a
much higher concentration of chemotherapeutic substances in the tumor tissue
while reducing the negative side effects for the rest of the body. The aim of this
study was to analyze the concentration and the distribution of the magnetic
nanoparticles in an artery model, which imitates the terms and conditions in vivo,
by altering the size of the nanoparticles as well as the force of the magnetic field.
2.2. Methods
Chemotherapeutic agents bound to magnetic nanoparticles were administered into
a bovine femoral artery while applying an external magnetic field. In the
experimental series both the size of the nanoparticles as well as the force of the
magnetic field were modified. Afterwards the size of the nanoparticles before and
after magnetization was detected by using the method of dynamic light scattering.
Moreover the content of iron in the particle loads was measured. To analyze the
concentration and the distribution of magnetic iron oxide in the arteries, we
conducted a magnetorelaxometric measurement and compared the results with the
qualitative information gained from microcomputertomography as well as
histology.
7
2.3. Results
First of all it could be shown that the process of magnetization increases the size
of the nanoparticular items. In the magnetorelaxometric measurements we could
moreover observe a statistically significant (p≤0,05) ascending concentration of
magnetic iron oxide in the arteries when increasing the magnetic flux density. For
example 77,02% of nanoparticles could be found in the artery segments from -2 to
+2 when applying a magnetic flux density of 16T/m on arteries that received
unstrained particles and were not flushed at the end of the test phase. Besides we
could demonstrate that arteries, which received unstrained nanoparticles and were
not flushed after the test phase, generally contained a higher amount of magnetic
iron oxide than arteries, which received filtrated particles and were flushed at the
end of the test phase. These observations could be confirmed by the histological
cross sections and in the illustrations of the µ-CT.
2.4. Conclusion
Thus it can be concluded that Magnetic Drug Targeting is a method appropriate
for the specific enrichment of magnetic nanoparticles in an artery model. To
achieve an effective concentration of chemotherapeutic agents, it is necessary to
apply high magnetic forces. Therefore more detailed investigation has to be done
to ensure an efficient implementation in patients.
8
3. Einleitung
Die dringende Notwendigkeit zur Entwicklung innovativer Konzepte bei der
Bekämpfung von Krebserkrankungen zeigt sich unter anderem in den aktuellen
Statistiken des Robert Koch Instituts. Danach traten in Deutschland im Jahr 2010
bei Männern insgesamt 246.200 bösartige Neuerkrankungen auf, bei Frauen
waren es 204.000. [5] Im Vergleich zum Jahr 1980 bedeutet dies eine Zunahme
der pro Jahr neu aufgetretenen Krebskrankheiten um 90% bei Männern und um
mehr als 40% bei Frauen. [4] Diese rapide ansteigenden Zahlen sind zum großen
Teil auf eine durch den demografischen Wandel immer älter werdende
Bevölkerungsstruktur zurückzuführen, da ein fortgeschrittenes Alter einen
bedeutenden Risikofaktor für fast alle Krebsarten darstellt.
Überdies gilt Krebs immer noch als eine der Haupttodesursachen weltweit. So
wurden im Jahr 2008 global gesehen 7,6 Millionen Todesfälle durch Malignome
verursacht, was einer Rate von 13% aller Todesfälle entspricht. [8] Abbildung 1
fasst die oben beschriebenen Tendenzen noch einmal graphisch zusammen.
Abbildung 1: Jährliche Neuerkrankungs- und Sterbefälle sowie altersstandardisierte
Neuerkrankungs- und Sterberaten (Europastandard) nach Geschlecht, Deutschland 1980 –
2004. (Robert Koch Institut (2010) Krebs in Deutschland 2005/2006 – Häufigkeiten und Trends:
156-164.)
9
Bei steigender Inzidenz der Krebserkrankungen lässt sich trotz einer intensivierten
Früherkennung, die es ermöglicht, Tumore in lokal begrenzten Stadien zu
entdecken, und dem Einsatz minimal-invasiver Techniken in Diagnostik und
Therapie insgesamt eine ungenügende Reduktion der Mortalität feststellen. Diese
Tatsache verdeutlicht die Notwendigkeit weiterführender Forschung zur
Entwicklung innovativer Therapien, welche die Mortalität der Krebserkrankungen
wirkungsvoll senken können. Eine Ausnahme stellt die Anwendung
personalisierter Therapiekonzepte, wie die Ermittlung des her2/neu-Status bei
Mammakarzinom, dar, durch die bereits ein Rückgang der Mortalität erzielt
werden konnte. [2, 41]
Weil in vielen Fällen eine systemische Ausbreitung der Krebserkrankung nicht
sicher auszuschließen oder bereits nachgewiesen ist, ergibt sich oftmals die
Notwendigkeit zur Durchführung einer Chemotherapie. Diese systemische
Tumortherapie zerstört aufgrund ihrer unselektiven Wirkung auch gesunde, vor
allem sich rasch teilende Zellen und kann damit zu einer Vielzahl von
Nebenwirkungen, wie Übelkeit, Erbrechen, Haarausfall oder Myelo- und
Immunsuppression führen. [64]
Durch das Auftreten dieser unerwünschten Nebenwirkungen erfährt die
Effektivität einer Chemotherapie häufig eine Limitierung, obwohl vielfach höhere
Dosierungen für eine effektive Behandlung nötig wären. Daraus ergibt sich die
dringende Notwendigkeit, zielgerichtete Therapiekonzepte zu entwickeln, die
gesundes Gewebe maximal schonen, aber Tumorzellen spezifisch und
hochwirksam zerstören. [20]
Nanopartikel sind hierbei als tragfähige Systeme ein vielversprechendes Konzept,
da sie einerseits den Zugriff auf lange erprobte Zytostatika erlauben, andererseits
durch ihre einzigartigen biochemischen Eigenschaften, ihre Biokompatibilität und
ihr kolloidales Verhalten aber auch den Einsatz neuer, bisher nicht bioverfügbarer
Stoffe ermöglichen. [9, 42]
Magnetische Nanopartikel, die ursprünglich im Bergbau und Hüttenwesen zur
Separation magnetischer von nicht-magnetischen Erzen Verwendung fanden,
10
werden bereits zur heutigen Zeit vielfach in Medizin und Technik eingesetzt,
beispielsweise zur magnetischen Zellseparation, zur Okklusion von Aneurysmen,
im Verfahren der magnetischen Hyperthermie oder als Kontrastmittel in der
Magnetresonanztomografie. [1, 13, 17]
Um das Konzept der lokalen Chemotherapie weiter zu entwickeln und Zytostatika
aktiv in spezifische Bereiche des Körpers transportieren zu können, wurde in den
1990er Jahren das Verfahren des Magnetischen Drug Targetings (=MDT)
entwickelt, bei dem Chemotherapeutika, die an superparamagnetische
Nanopartikel gebunden sind, nach intravenöser Applikation mittels eines externen
Magnetfeldes lokal konzentriert werden können. Der große Vorteil dieser
neuartigen Methode gegenüber der herkömmlichen systemischen Chemotherapie
liegt dabei in der regional vielfach höheren Konzentration an therapeutisch
wirksamem Agens bei gleichzeitiger Reduktion der systemischen Dosis und damit
auch der negativen Auswirkungen auf den gesamten Körper. Dieser Ansatz ist
beispielsweise gut für die Hals-Nasen-Ohrenheilkunde geeignet, da Tumore in
diesem Fachbereich meist oberflächlich gelegen sind und daher durch MDT gut
zu erreichen sind. [51, 66]
Um das Anreicherungsverhalten der Ferrofluide und deren Stabilität sowie
Interaktion mit dem umliegenden Gewebe in Anwesenheit eines externen
Magnetfeldes unter Simulation physiologischer Bedingungen genauer zu
beobachten und zu analysieren, wurde ein Arterienmodell entwickelt. Es
ermöglicht die gezielte Variation verschiedener Parameter, wie zum Beispiel der
Stärke und Dauer der Magnetfeldeinwirkung, des Abstandes des Magneten zur
Arterie, der Flussrate sowie der Flussrichtung oder der Temperatur, und trägt
somit zur Optimierung der gesamten Anwendung bei. [52, 66]
11
In den gegenwärtigen Versuchsreihen wurden unterschiedliche
Magnetfeldgradienten untersucht, wobei der höchste Gradient an der
Polschuhspitze des Magneten 72T/m betrug. Außerdem kamen diverse
Größenfraktionen der Ferrofluide zum Einsatz um deren Einfluss bezüglich der
maximal möglichen Anreicherung zu prüfen. Dabei wollte man zeigen, dass sich
sowohl zwischen den einzelnen Magnetfeldgradienten, als auch zwischen den
verwendeten Partikelgrößen Unterschiede in der Anreicherung der Nanopartikel
zeigen.
12
4. Material und Methoden
4.1 Chemikalien
Alle Chemikalien und Lösungen, welche in den durchgeführten Versuchsreihen
Verwendung fanden, sind in Tabelle 1 verzeichnet und ihren jeweiligen
Herstellern beziehungsweise Lieferanten zugeordnet.
Tabelle 1: Auflistung aller für die Versuchsreihen verwendeten Chemikalien und Stoffe mit
Herstellern.
Chemikalien und
Verbrauchsmittel
Hersteller
5-Sulfosalicylsäure Lösung 20% AppliChem, Darmstadt,
Deutschland
Albumin Carl Roth, Karlsruhe,
Deutschland
Ammoniak-Lösung 1,3% Carl Roth, Karlsruhe,
Deutschland
Ammoniak-Lösung 25% Carl Roth, Karlsruhe,
Deutschland
Aquatex® Wässriges
Eindeckmittel
AQUATEX GmbH,
Geilenkirchen, Deutschland
Calciumchlorid Carl Roth, Karlsruhe,
Deutschland
Cellulosemischester-Filter
0,22µm, Nr. P818.1
Carl Roth, Karlsruhe,
Deutschland
13
Chemikalien und
Verbrauchsmittel
Hersteller
Diaminobenzidin Substratlösung Vector Laboratory, Burlingame,
Kanada
Eisen(II)-Chlorid-Hexahydrat Carl Roth, Karlsruhe,
Deutschland
Eisen(III)-Chlorid-Hexahydrat Carl Roth, Karlsruhe,
Deutschland
Ethanol 70% Carl Roth, Karlsruhe,
Deutschland
Ethanol 96% Carl Roth, Karlsruhe,
Deutschland
Formaldehydlösung Carl Roth, Karlsruhe,
Deutschland
Glucose AppliChem, Darmstadt,
Deutschland
Hydroxyammoniumchlorid Carl Roth, Karlsruhe,
Deutschland
Isopropanol Carl Roth, Karlsruhe,
Deutschland
Kaliumchlorid Carl Roth, Karlsruhe,
Deutschland
Kaliumdihydrogenphophat Carl Roth, Karlsruhe,
Deutschland
Kaliumhexacyanoferrat Carl Roth, Karlsruhe,
Deutschland
Kanüle Medtronic GmbH, Deutschland
Kernechtrot Carl Roth, Karlsruhe,
Deutschland
Konzentrierte Ammoniaklösung Carl Roth, Karlsruhe,
Deutschland
Konzentrierte Salzsäure Carl Roth, Karlsruhe,
Deutschland
14
Chemikalien und
Verbrauchsmittel
Hersteller
Laurinsäure Fluka, Steinheim, Deutschland
Magnesiumsulfat Carl Roth, Karlsruhe,
Deutschland
Mitoxantron NC Neocorp Weilheim, Deutschland,
Gehalt 2mg/ml
Nahtmaterial ETHILON® II FS-
2 4/0
Ethicon Endo-Surgery Inc.,
Bremen, Deutschland
Natriumchlorid Carl Roth, Karlsruhe,
Deutschland
Natriumhydrogencarbonat Carl Roth, Karlsruhe,
Deutschland
Nitroprussid-Natrium Carl Roth, Karlsruhe,
Deutschland
Paraffin Carl Roth, Karlsruhe,
Deutschland
Ringer-Lösung DeltaSelect GmbH, Deutschland
Rotilabo®-Einmal-Küvette
PMMA 4,5ml
Carl Roth, Karlsruhe,
Deutschland
Sodium Nitroprussid Dihydrat Sigma Aldrich Chemie GmbH
München, Deutschland
Xylol Carl Roth, Karlsruhe,
Deutschland
Der verwendete BSA-Puffer setzt sich aus 0.114 M NaCl, 3mM KCl, 2.5mM
CaCl2, 1mM KH2PO4, 0.8mM MgSO4, 24mM NaHCO3, 1g/L Glucose und 6.25g
Albumin zusammen.
15
4.2 Messgeräte
Untenstehende Tabelle listet die genaue Bezeichnung der Messgeräte auf, die für
die Experimente verwendet wurden und ordnet sie ihren entsprechenden
Herstellern beziehungsweise Lieferanten zu.
Tabelle 2: Auflistung aller für die Versuchsreihen verwendeten Messgeräte mit Herstellern.
Messgeräte Hersteller
Analysenwaage KERN 770 Kern & Sohn GmbH, Balingen,
Deutschland
Digitaler Messschieber
digiMax®
Wiha Werkzeuge GmbH,
Schonach, Deutschland
Elektromagnet Siemens, Deutschland
Eppendorf Cup Eppendorf Vertrieb Deutschland
GmbH, Wesseling-Berzdorf
Mikrotom Leica Microsystems RM2255,
Wetzlar, Deutschland
Objektträger Thermo Scientific,
Menzel Gläser Superfrost® Plus
Gerhard Menzel GmbH,
Braunschweig, Deutschland
Peristaltische Pumpe Pharmacia
LKB-Pump P-1
Rhys Scientific, Lancashire,
Großbritannien
Photometer biochrom Libra 522 Biochrom AG, Berlin,
Deutschland
Präparationsbesteck Aesculap chirurgische
Instrumente, Tuttlingen,
Deutschland
16
Messgeräte Hersteller
Wärme- und Trockenschrank
Heraeus Function Line
Heraeus Holding, Hanau,
Deutschland
Zeta Potential / Particle Sizer
NICOMP TM
380 ZLS
PSS NICOMP, Particle Sizing
Systems, Santa Barbara,
California
4.3 Nanopartikel
Mit dem Begriff Nanopartikel werden Systeme bezeichnet, deren Teilchen eine
Größe von unter 100nm aufweisen, wobei die Partikelgröße stets den
hydrodynamischen Durchmesser bezeichnet. [18] Zur Anwendung in vivo ist es
entscheidend, die Partikelgröße einerseits klein genug zu wählen, um
Kapillarverschlüsse und die Phagozytose durch Zellen des mononukleären
phagozytierenden Systems (MPS) zu verhindern. Andererseits müssen die Partikel
groß genug sein, um durch ein externes Magnetfeld angezogen zu werden. [18,
42] Als ideal hat sich eine Größe von 100nm gezeigt, die im selben Bereich wie
die von Antikörpern, Nukleinsäuren und Proteinen liegt und den Nanopartikeln
somit biomimetische Eigenschaften verleiht. Maßgeblich für den Einsatz als
Therapeutikum ist darüber hinaus die Tatsache, dass Nanopartikel aus Eisen-Oxid
(Fe3O4) aufgrund ihrer Größe von etwa 30nm superparamagnetisch sind, also
ausschließlich während einer Magnetfeldwirkung magnetische Eigenschaften
besitzen. Da Nanopartikel überdies ein besonders großes Verhältnis von
Oberfläche zu Volumen aufweisen und durch ihre veränderliche
Oberflächenbeschaffenheit leicht biokompatibel gemacht werden können, stellen
sie ein leistungsstarkes Werkzeug für die Bildgebung, Diagnose und Therapie dar.
[17, 20, 22, 54]
17
Die für die Versuchsreihen verwendeten magnetischen Nanopartikel wurden nach
dem Verfahren von Khalafalla und Reimers synthetisiert. [39]
Dazu wog man 16,12g FeCl2 * 4 H2O und 32,33g FeCl3 * 6 H2O in ein 250ml
Becherglas ein und füllte dieses mit 133ml Wasser auf, so dass Fe2+
und Fe3+
im
Verhältnis von 2 zu 3 vorhanden waren. Nun folgte die Fällung der Partikel unter
Zutropfen von 67ml einer 25%igen NH3-Lösung. Während die Ferrofluide durch
einen Ringmagneten am Boden des Becherglases festgehalten wurden, wusch man
den Überstand so lange mit einer 1,3%igen NH3-Lösung, bis darin keine Cl- Ionen
mehr nachweisbar waren. [39]
Zur Verbesserung der Biokompatibilität und um ein Ausflocken in wässriger
Lösung zu verhindern, wurden die Nanopartikel nun mit Laurinsäure beschichtet.
[16] Zu diesem Zweck gab man auf 40ml Ferrofluide 1,066g Laurinsäure, welche
über ihre Carboxylgruppe chemisch an die Oberfläche der Eisenatome bindet. [45]
Im letzten Schritt gab man 0,132mg Mitoxantron auf 1ml Ferrofluide, welches als
eigentlich therapeutisch wirksames Agens in die DNA interkaliert und dort
sowohl DNA-Doppelstrangbrüche verursacht, als auch die Nukleinsäuresynthese
hemmt. [46] Da das Zytostatikum über eine elektrostatische Bindung reversibel an
die magnetischen Nanopartikel gebunden ist, wird es erst am gewünschten Zielort
freigesetzt und entfaltet dort seine Wirkung. [11, 57] Abbildung 2 verdeutlicht den
schematischen Aufbau eines Ferrofluides mit elektrostatischer Bindung an
Mitoxantron.
Abbildung 2: Schematischer Aufbau eines Ferrofluides mit Darstellung der ionischen Bindung
an Mitoxantron. (Second Else Kröner-Fresenius-Symposium: Nanomedicine – Basic and Clinical
Application in Diagnostics and Therapy. Universitätsklinikum Erlangen, 3.-5. September 2010.)
18
Entsprechend der unterschiedlichen Versuchsanordnungen wurden die
synthetisierten Partikel entweder unfiltriert appliziert oder mithilfe eines 0,22µm
Cellulosemischester-Filters gereinigt und erst in filtrierter Form zur Anwendung
gebracht.
Zur Ermittlung der allgemeinen Eigenschaften der magnetischen Nanopartikel
wurden die Partikelgröße und das Zetapotential mit dem Zeta Potential/Particle
Sizer NICOMP TM
380 ZLS bestimmt. Außerdem ermittelte man den pH-Wert des
Systems sowie den Feststoffgehalt, also den Gewichtsanteil an Feststoffen nach
einer definierten Trocknungszeit. [50] Des Weiteren erfolgte die Abschätzung des
magnetischen Moments der Nanopartikel mithilfe einer selbst konstruierten
Apparatur, die in Abbildung 3 dargestellt ist.
Abbildung 3: Apparatur zur Abschätzung des magnetischen Moments der Nanopartikel.
In der enthaltenen Spule herrscht nach Anlegen eines Wechselstroms ein
magnetischer Fluss. Je höher die magnetische Kraft der in einem Eppendorf Cup
eingesetzten Ferrofluide ist, desto stärker ist auch die Kraft, welche den
beweglichen Boden der Apparatur nach unten drückt.
19
Es wurde ein Zetapotential zwischen -20,7mV und -35,4mV gemessen. Der
Feststoffgehalt der einzelnen Chargen belief sich auf 5,8% bis 8,9%, das
Magnetische Moment auf 11,5mN/g bis 14,1mN/g und der pH-Wert lag zwischen
7,6 und 8,2. Die Bestimmung der Partikelgröße ergab für alle Chargen eine
Anordnung in zwei Größenfraktionen, von denen die erste im Durchschnitt bei
8,7nm (±8,6nm) und die zweite bei durchschnittlich 35,8nm (±33,3nm) lag. Die
dritte Fraktion, die einen höheren Wert aufwies, war prozentual vernachlässigbar
klein. Tabelle 3 gibt einen genauen Überblick über die erhaltenen Messwerte.
Tabelle 3: Mittelwerte der Partikelgrößenmessung filtrierter und unfiltrierter Chargen mit
Standardabweichung.
4.4 Präparation der Arterien
Für die Versuche kamen frisch isolierte Femoralarterien des Rindes zum Einsatz,
die täglich aus dem Schlachthof Erlangen abgeholt wurden. Zunächst präparierte
man die Arterien aus dem umliegenden Saum aus Bindegewebe und Fett frei und
verschloss die Seitenäste mit chirurgischem Fadenmaterial. Während des
gesamten Vorganges wurden die Arterien in einer Nitroprussid-Natrium Lösung
(0,3g/L) gehalten, welche durch Substitution von Stickstoffmonoxid zur
Aktivierung der Guanylatcyclase in der Gefäßmuskelzelle und somit zur
Vasodilatation führt. [43] Nach Erreichen einer Länge von etwa 15cm wurden die
Chargen filtriert Chargen unfiltriert
Mittelwert der
Fraktion 1 [nm] 10,36 (±10,91) 7,00 (±6,30)
Mittelwert der
Fraktion 2 [nm] 40,72 (±45,90) 30,96 (±20,70)
Mittelwert der
Fraktion 3 [nm] 291,1 (±370,24) 104,65 (±118,16)
20
Arterien an beiden Enden kanüliert, um sie in ein eigens dafür konstruiertes
Glasgefäß einspannen zu können. Zur Simulation physiologischer Bedingungen
durchspülte man schließlich den Innenraum der Arterien mit BSA-Puffer.
4.5 Flussmodell
Zur Realisierung eines Flussmodells, das in Abbildung 4 schematisch und in den
Abbildungen 6 und 7 als Fotografie dargestellt ist, wurden die im Glasgefäß
fixierten Arterien nun mit Ringer-Lösung umspült und der BSA-Puffer mittels
einer peristaltischen Pumpe (Fließgeschwindigkeit 5,128ml/Min) durch die
Arterie transportiert.
Abbildung 4: Schematische Zeichnung des Arterien-Flussmodells. (Lyer, S. (2009): Distribution of
Magnetic Nanoparticles after Magnetic Drug Targeting in an Ex Vivo Bovine Artery Model. IFMBE
Proceedings 25/VII: 484-487.)
Um die magnetischen Nanopartikel anzureichern, wurde ein Elektromagnet mit
einem maximalen Magnetfeldgradienten von 72T/m an der Polschuhspitze
verwendet. Dabei wurde sorgsam darauf geachtet, dass die topfförmig konstruierte
Polschuhspitze des Magneten mittig über der Arterie platziert war. Denn die
entscheidenden Parameter zur Anreicherung der Ferrofluide im Inneren der
Arterie sind bei gegebener magnetischer Flussdichte einerseits der Abstand von
der Quelle des Magnetfeldes und andererseits die magnetische Feldstärke. [19]
21
Diese wiederum verringert sich, wie in Abbildung 5 gezeigt, mit zunehmender
Entfernung von der Polschuhspitze und beträgt bei dem aktuell verwendeten
Elektromagneten in einem Abstand von 22mm noch 10T/m. [11] Überdies ist es
für eine gerichtete Bewegung der Partikel von entscheidender Bedeutung, dass der
Elektromagnet ein inhomogenes Magnetfeld erzeug. [12, 37, 70]
Abbildung 5: Abhängigkeit der magnetischen Feldstärke von der Entfernung zur Polschuhspitze eines Elektromagneten.
Durch unterschiedliche Voreinstellungen der Stromstärke zu 0A, 36A oder 72A
konnten die korrespondierenden Werte für die Magnetfeldstärke von 0T/m, 10T/m
oder 16T/m erreicht werden.
Es wurden je Experiment 1ml Ferrofluide über zehn Minuten in den Kreislauf
injiziert, welche die Arterie unter Einfluss eines verschieden stark gewählten
externen Magnetfeldes passierten. Danach ließ man das System weitere zehn
Minuten laufen, schaltete den Elektromagneten aus und zog anschließend den
Rückstand der Partikel aus dem Glaskolben ab. Je nach Versuchsbedingung
schloss sich nun eine zehnminütige Spülung der Arterie mit reinem BSA-Puffer
an, wonach der Rest der Nanopartikel als Überstand abgezogen werden konnte.
22
Abbildung 6: Fotografische Darstellung des Arterien-Flussmodells.
Abbildung 7: Ausschnittvergrößerung aus Abbildung 6 zur genaueren Darstellung des Glasgefäßes
mit innenliegender Arterie.
Anschließend wurde die Arterie wieder aus dem Kreislauf entnommen und in
Stücke von 1cm Länge geschnitten, die mit Nummern versehen wurden. Dabei
bekam das Stück, welches während der Versuche direkt unter der Polschuhspitze
des Magneten gelegen war, die Nummer 0. Das Segment, das der Injektionsstelle
Elektromagnet Polschuhspitze
des Magneten
Peristaltische Pumpe
Glasgefäß mit Arterie
Glasgefäß
Arterie
Polschuhspitze des
Elektromagneten
23
der Ferrofluide am nächsten lag erhielt die Bezeichnung -5. Die übrigen Zahlen
wurden, wie in Abbildung 8 schematisch dargestellt, aufsteigend bis +5 weiter
vergeben.
Abbildung 8: Schematische Zeichnung des Arterienflussmodells. Die Arterie wird in 11
Segmente zu je 1cm Länge geschnitten und nach obenstehendem Schema nummeriert. i=
Abstand von der Polschuhspitze zur Außenwand der fokussierten Arterie. (Tietze R., Rahn H.,
Lyer S., Schreiber E., Mann J., Odenbach S., Alexiou C. (2011): Visualization of superparamagnetic
nanoparticles in vascular tissue using XµCT and histology. Histochemistry and Cell Biology. 135:
153-158.)
Alle Stücke wurden in 4%iger Formaldehydlösung fixiert, in einer aufsteigenden
Alkoholreihe (zweimaliges Wässern mit destilliertem Wasser, 70% Ethanol über
Nacht, 90% Ethanol über Tag, Isopropanol über Nacht, zweimalig Xylol über je
zwei bis drei Stunden) dehydriert und schließlich für weitere histologische sowie
mikrostrukturelle Untersuchungen in Paraffin fixiert.
Außerdem ermittelte man Länge und Außendurchmesser jedes Arterienstückes
unter Zuhilfenahme eines Messschiebers und wog die Segmente mit einer
Analysenwaage.
24
4.6 Partikelgrößenmessung
Um die hydrodynamische Größe der magnetischen Nanopartikel vor und nach
Applikation im Flussmodell zu ermitteln bediente man sich eines Zetasizers,
welcher mit Hilfe der Dynamischen Lichtstreuung die Geschwindigkeit von
Partikeln in einer Lösung bestimmt. [28] Die Messung basiert dabei auf der
Erfassung der Brownschen Molekularbewegung, nach der kleine Teilchen eine
höhere Beweglichkeit aufweisen, als größere Teilchen. [34] Über die Bestimmung
der Partikelgeschwindigkeit kann so auf die Größenverteilung einer Dispersion
zurückgeschlossen werden. [6, 7]
Die Größenbestimmung der Partikelchargen erfolgte dabei in einer Verdünnung
von 1:100 mit destilliertem Wasser. Die Partikelgrößen der Rückstände sowie der
Überstände wurden in unverdünnter Form ermittelt.
4.7 Eisenbestimmung
Zur Ermittlung des Eisengehaltes der einzelnen Partikelchargen wurde die
Methode nach Dr. Dokuzovic angewandt. [27] Hierbei macht man sich den
Umstand zunutze, dass Eisen (II)- und Eisen (III)-Ionen im alkalischen Bereich
mit dem Reagenz 5-Sulfosalicylsäure gelb gefärbte Komplexe mit einem
Adsorbtionsmaximum bei 424nm bilden. [21, 56]
Der erste Reaktionsschritt umfasst das Herstellen einer Eichreihe mit bekannter,
aufsteigender Eisenkonzentration. Nach unten beschriebener Vorgehensweise und
photometrischer Messung der Extinktion der fünf Lösungen bei 424nm trägt man
die erhaltenen Messwerte in ein Diagramm ein, wobei die Konzentration auf der
X-Achse und die Extinktion auf der Y-Achse notiert werden. Im
Gültigkeitsbereich des Lambert-Beerschen Gesetzes erhält man daraus eine
Gerade, welche zur Kalibrierung dient. [27]
25
Im Anschluss daran erfolgt die Messung der Probe mit unbekannter
Eisenkonzentration. Dafür verwendet man 25µl Ferrofluide, kocht diese für 15
Minuten mit 0,5ml konzentrierter Salzsäure und fügt anschließend 2ml
Sulfosalicylsäure und 0,8ml Hydroxyammoniumchlorid hinzu. Nun wird
konzentrierte Ammoniaklösung bis zum Farbumschlag nach gelb zugetropft und
die Extinktion der erhaltenen Lösung bei 424nm im Photometer gemessen. Die
oben beschriebenen Reaktionsschritte sind auch für die Lösungen der Eichreihe
durchzuführen. Die Konzentration an Eisen in der Probe lässt sich schließlich
unter Zuhilfenahme der vormals erstellten Kalibrierkurve berechnen. [27]
4.8 Magnetorelaxometrie
Die Magnetorelaxometrie (= MRX) stellt eine sensitive Methode dar, um auf
nicht-invasive Weise die Konzentration biologischer Substanzen quantitativ zu
bestimmen. In der vorliegenden Versuchsanordnung dienen dabei magnetische
Nanopartikel als Marker, mithilfe derer auf den Gehalt an Mitoxantron in der
jeweiligen Probe zurückgeschlossen werden kann. [3]
Die Messung der einzelnen in Paraffin eingebetteten Arterienstücke erfolgte an
der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt in Berlin mittels eines Ein-Kanal-
SQUID (superconducting quantum interference device) Gerätes. Dabei wird in
einem von magnetischen Einflüssen abgeschotteten Raum für eine Sekunde ein
externes homogenes Magnetfeld der Stärke 1,8 mT angelegt, wodurch die
magnetischen Momente der Nanopartikel in der Probe in Richtung des
Magnetfeldes ausgerichtet werden. Schaltet man das Magnetfeld nun ab, so geht
die oben beschriebene Magnetisierung der Teilchen wieder in ihren
Ausgangszustand zurück. [29, 30, 60]
26
Für das Verständnis dieser Relaxation sind dabei zwei physikalische
Mechanismen von grundlegender Bedeutung. Zum einen existiert die Brownsche
Relaxation, welche die volumenabhängige Rotation der Nanoteilchen in
Trägerflüssigkeiten beschreibt. Da die Proben im gegenwärtigen Fall durch
Paraffin immobilisiert sind, kommt diesem Zusammenhang nur eine geringe
Bedeutung zu. Andererseits muss die Neelsche Relaxation berücksichtigt werden,
bei der nur die magnetischen Momente und nicht die Nanopartikel selbst rotieren
und die somit den Großteil der Relaxation in festen Medien ausmacht. [48, 49]
Der Abfall der magnetischen Induktion B (t) der Partikel kann nun gegen die
Relaxationszeit, die dafür benötigt wird, durch einen hochempfindlichen SQUID
Sensor erfasst werden. Dadurch erhält man eine sogenannte Relaxationskurve, die
beispielhaft in Abbildung 9 dargestellt ist. Zur Bestimmung des Eisengehalts in
der Probe führt man zusätzlich eine Vergleichsmessung mit bekanntem
Eisengehalt durch und vergleicht beide Kurven miteinander. [60, 71]
Abbildung 9: Beispielhafte Darstellung von Relaxationskurven der SQUID-Messung. (Richter H.,
Wiekhorst F., Schwarz K., Lyer S., Tietze R., Alexiou C., Trahms L. (2009): Magnetorelaxometric
quantification of magnetic nanoparticles in an artery model after ex vivo magnetic drug targeting.
Physics in Medicine and Biology 54: N417-N424.)
27
Aus der Relaxationskurve lassen sich wichtige Kenngrößen quantitativ ablesen.
Die initiale Signalamplitude der Relaxationskurve stellt dabei die direkte Messung
des Gehalts an Eisenoxid in der Probe dar. Der Kurvenverlauf reflektiert die
Größenverteilung der gemessenen Partikel. [67]
Überdies kann durch wiederholte SQUID-Messungen das Signal-Rausch-
Verhältnis verbessert werden, um störende Hintergrundsignale zu verrechnen und
somit die Qualität des Ergebnisses optimieren zu können. [30]
4.9 Mikro-Computertomografie
Die Computertomografie (= CT) ist heutzutage als essentieller nicht-invasiver
Bestandteil vieler wissenschaftlicher Disziplinen, wie beispielsweise der
Geologie, der Materialwissenschaften oder auch der Medizin, nahezu ubiquitär
etabliert. [25, 31, 44] Grundlage dieser Methode ist die Erzeugung von
Röntgenstrahlen, die beim Durchtritt durch Materie mit dieser in Wechselwirkung
treten und in ihrer Intensität je nach Dichte des Gewebes abgeschwächt werden,
so dass sich beim Auftreffen der Strahlen auf den Detektor unterschiedliche
Graustufen präsentieren. Um dreidimensionale Informationen über verdeckte
Strukturen zu erhalten, rotieren bei der CT Strahlenquelle und Detektor. [59]
Für die hier beschriebene Versuchsreihe wurde diese Technik genutzt, um in
Ergänzung zur quantitativen Bestimmung des Eisengehaltes mittels MRX auch
die räumliche Anordnung der magnetischen Nanopartikel in einem
Arteriensegment bildlich darstellen zu können.
Da die Auflösung konventioneller CT-Geräte allerdings in der Größenordnung
von etwa 0,5mm liegt und damit ungeeignet zur Erfassung von Nanopartikeln ist,
ergab sich die Notwendigkeit auf die µ-CT zurückzugreifen. [58]
28
Durchgeführt wurden die Messungen an Arterienstücken am Lehrstuhl für
Magnetofluiddynamik der Technischen Universität Dresden (Inhaber: Prof. Dr.
rer. nat. Stefan Odenbach). Der dabei verwendete µ-CT Apparat, dessen Prinzip in
Abbildung 10 dargestellt ist, basiert auf einer Röntgenstrahlungsquelle, die einen
polychromatischen Strahlenkegel emittiert. Die Strahlung wird beim Durchtritt
durch die Probe je nach Dichte des Gewebes unterschiedlich abgeschwächt und
trifft auf den Detektor. Im Gegensatz zu einem klassischen CT ist dabei zu
bemerken, dass das zu untersuchende Arterienstück um die Strahlungsquelle
rotiert. [25, 58, 59] Die magnetischen Nanopartikel weisen im Gegensatz zum
umliegenden Gewebe eine hohe Absorption für die Röntgenstrahlen auf und
fungieren somit als intrinsisches Kontrastmittel. [25, 32]
Abbildung 10: Grundlegender Aufbau eines µ-CT Gerätes. (Rahn H., Gomez-Morilla I., Jurgons R.,
Alexiou C., Eberbeck D., Odenbach S. (2009): Tomografic examination of nanoparticles used as
drug carriers. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 321: 1517-1520.)
Mit der Technologie des µ-CT lässt sich also eine wesentlich geringere räumliche
Auflösung, die etwa bei 20µm liegt, erzielen. [59] Allerdings bringt die
Verwendung eines polychromatischen Röntgenstrahlenkegels auch einen
wichtigen Nachteil gegenüber der herkömmlichen CT Bildgebung mit sich. Durch
die bevorzugte Absorption niedrigenergetischer Photonen beim Durchtritt durch
Materie kommt es zu einer Aufhärtung, also einer Anreicherung
hochenergetischer Photonen, im restlichen Röntgenstrahl. Dieser Effekt führt zu
verschiedensten Artefakten im resultierenden Bild. Er kann jedoch durch die
Verwendung von Aluminium-Filtern gering gehalten werden. [24, 25]
29
4.10 Histologie
Als weitere Methode, die Verteilung der magnetischen Nanopartikel visuell
darzustellen, wurden von relevanten Arterienstücken histologische Schnitte
angefertigt und lichtmikroskopisch beurteilt. Der große Vorteil dieser Technik
gegenüber dem µ-CT besteht in der ausgezeichneten räumlichen Auflösung im
Bereich einiger Mikrometer sowie der Möglichkeit, neben der reinen
Anreicherung auch die Infiltration der Ferrofluide in das Endothel der Arterie
beobachten zu können. Allerdings stellt die Histologie nur eine zweidimensionale
Aufnahme eines bestimmten Bereiches dar und limitiert durch die im Prozess
nötige Gewebsaufarbeitung die weitere Verwendung und Untersuchung der
Proben. [25, 58]
Im ersten Schritt der histologischen Aufarbeitung wurde das in Paraffin fixierte
Arteriensegment unter Zuhilfenahme eines Mikrotoms in Schichten von vier µm
Dicke geschnitten, die auf einen Objektträger aufgezogen und bei 37 Grad Celsius
über Nacht getrocknet wurden. Anschließend entparaffinierte man die Abschnitte
in einer absteigenden Alkoholreihe mit wiederholten Lagerungen in 100%igem
Xylol, 100%igem Isopropanol, 96%ig vergälltem Ethanol, 70%ig vergälltem
Ethanol und schließlich destilliertem Wasser.
Danach schlossen sich verschiedene histologische Spezialfärbungen zur besseren
Kontrastierung des Gewebes an. Um eingelagertes Eisen spezifisch nachweisen zu
können wurde eine Berliner-Blau-Färbung durchgeführt, bei der die Objektträger
für 30 Minuten in einer Lösung mit Kaliumhexacyanoferrat und Salzsäure im
Mischverhältnis 1:1 inkubiert wurden. [38] Die ablaufende Reaktion lässt sich
folgendermaßen durch eine chemische Formel beschreibe: [62]
4FeCl3 + 3K4Fe(CN)6 Fe4[Fe(CN)6]3 + 12KCl
Dreiwertiges Eisen präsentiert sich dabei als blaues Pigment, während die übrigen
Strukturen rot angefärbt werden. [40]
Nach Waschen mit destilliertem Wasser führte man eine Diaminobenzidin
(=DAB)-Färbung mittels eines Substrat-Kits, welches für zehn Minuten auf die
Arterienstücke gegeben wurde, durch. Dieses immunhistochemische Verfahren
30
beruht auf der Oxidation des DAB durch die gewebeständige
Meerrettichperoxidase, wodurch sich ein Präzipitat mit brauner Farbe bildet, und
dient dem Zweck, die Intensität der Farbreaktion für Eisen zu erhöhen. [63]
Als letzte Färbemethode wurde eine Kernechtrot-Färbung ausgeführt. Nach
Waschen der Objektträger mit destilliertem Wasser und fünfminütiger
Inkubationszeit in der Lösung mit Kernechtrot koloriert man hierbei zur besseren
Differenzierung des Gewebes die vorhandenen Zellkerne in der Farbe Rot. [33,
61]
Schließlich wurden die histologisch bearbeiteten Arterienstücke erneut mit
destilliertem Wasser ausgewaschen, in einer aufsteigenden Alkoholreihe
dehydriert und nach ausreichender Trocknungszeit im Wärmeschrank bei 60°C
zur weiteren lichtmikroskopischen Betrachtung mit Aquatex® Eindeckmittel
fixiert.
4.11 Statistik
Alle in dieser Arbeit aufgeführten Diagramme wurden mit Microsoft Excel in den
Versionen 2007 beziehungsweise 1997 erstellt.
Zur Analyse der MRX-Messungen wurden verschiedene statistische Tests unter
Zuhilfenahme des Programmes PASW 18.0 durchgeführt. Zum
nichtparametrischen Vergleich zweier unabhängiger Stichproben, deren Daten
nicht an die Normalverteilungsvoraussetzung geknüpft sein müssen, wandte man
den U-Test nach Mann-Whitney-Wilcoxon an. Dieser basiert auf einer
gemeinsamen Rangreihe der Werte beider Stichproben, wobei das Ergebnis bei
einem p-Wert von ≤0,05 als signifikant betrachtet wird.[23, 26, 55]
Um mehr als zwei unabhängige Stichproben miteinander vergleichen zu können
führte man den H-Test nach Kruskal und Wallis durch, der eine Ausweitung des
U-Testes darstellt und ebenfalls auf einer gemeinsamen Rangreihe der Werte
31
beider Stichproben beruht. Auch bei diesem Test nimmt man signifikante
Unterschiede bei einem p-Wert von ≤0,05 an. [26]
Zum Vergleich zweier Mittelwerte wurde der Zwei-Stichproben t-Test
durchgeführt, der bei Gültigkeit der Normalverteilungsannahme durch
Berechnung einer Prüfgröße aus den Daten eine Analyse des zweiseitig
formulierten Testproblems liefert. Statistisch signifikante Unterschiede ergeben
sich hierbei bei einem p-Wert von ≤0,05. [65]
32
5. Ergebnisse
5.1 Beobachtungen während der Versuche
Insgesamt wurden in der vorliegenden Versuchsreihe 62 Experimente mit Arterien
durchgeführt. Davon entfielen, neben einer Negativkontrolle, 29 Versuche auf
Arterien, bei denen filtrierte Nanopartikel eingesetzt wurden und die nach
Applikation dieser Partikel gespült wurden. 32 Arterien wurden unter
Verwendung unfiltrierter Partikel und ohne abschließende Spülung ausgeführt.
Tabelle 4 gibt einen genauen Überblick über die durchgeführten Versuche und die
Anzahl an Experimenten je Versuchsanordnung.
Tabelle 4: Übersicht über die durchgeführten Versuche und Anzahl der Experimente je
Versuchsanordnung.
Magnetische Feldstärke
0T/m 10T/m 16T/m
Ungespülte
Arterien mit
unfiltrierten
Partikeln
5 13 14
Gespülte
Arterien mit
filtrierten
Partikeln
5 12 12
33
Die Konstruktionsweise des Arterienmodelles ermöglicht es, schon während der
Applikation der magnetischen Nanopartikel Untersuchungen über deren
Anreicherungsverhalten anzustellen. So konnte man unter Einwirkung des
externen Magnetfeldes, neben dem reinen Fluss der Partikel durch die Arterie,
bereits makroskopisch eine Anreicherung der schwarz gefärbten Ferrofluide im
Inneren der Arterie beobachten. Die meisten Partikel lagerten sich dabei direkt
unter der Polschuhspitze des Magneten an. Außerhalb der Arterie waren visuell
keine Partikel sichtbar.
Außerdem war es möglich, die Anziehung der Nanopartikel in Anwesenheit des
Magnetfeldes zu veranschaulichen. Wie in Abbildung 11 gezeigt, lagerten sich die
Ferrofluide durch die Einwirkung des Magnetfeldes bevorzugt an der Seite des
Glasgefäßes an, die der Polschuhspitze zugewandt war.
Abbildung 11: Anlagerung der magnetischen Nanopartikel im Glasgefäß während der Versuche
unter Anwesenheit eines externen Magnetfeldes.
34
5.2 Partikelgrößenmessung
Durch die Messung des hydrodynamischen Durchmessers der Partikel mittels
Dynamischer Lichtstreuung war es möglich, die filtrierten sowie die unfiltrierten
Partikelchargen in jeweils drei Größenfraktionen einzuteilen, die in Tabelle 5
aufgeführt sind. Dabei wurde die Auswertung der Partikelgröße stets nach dem
Volumen der Partikel in der jeweiligen Probe durchgeführt.
Nach Analyse der ursprünglichen Messwerte ließ sich feststellen, dass die
Größenfraktion der kleinsten Partikel bei den filtrierten wie auch den unfiltrierten
Chargen am stärksten vertreten war. So wiesen anfänglich 58% der unfiltrierten
Partikel eine Größe von 7,0nm (±6,3nm) und 51,1% der filtrierten Partikel eine
Größe von 10,3nm (±10,9nm) auf. Bei 38,3% der unfiltrierten Partikelchargen
wurde eine Partikelgröße von 30,9nm (±20,7nm) und bei 46,7% der filtrierten
Partikelchargen eine Größe von 40,7nm (±45,9nm) ermittelt. In der
Größenfraktion der größten Partikel ließen sich 3,7% der unfiltrierten Partikel mit
einer Größe von 104,6nm (±118,2nm) sowie 1,8% der filtrierten Partikel mit einer
Größe von 291,1nm (±370,2nm) nachweisen.
Tabelle 5: Mittelwerte der Partikelgrößenmessung der unfiltrierten und filtrierten
Partikelchargen jeweils vor sowie nach Magnetisierung im Arterienflussmodell. Dabei wurden
32 Experimente mit unfiltrierten Partikeln ohne abschließende Spülung der Arterien sowie 29
Experimente mit filtrierten Partikeln und mit abschließender Spülung der Arterien
durchgeführt.
Nanopartikel
Suspensionen
Ursprüngliche
Größe
Größe nach
Magnetisierung
[nm] % [nm] %
Unfiltrierte
Partikel-
chargen
7,0±6,3 58,0 8,27±3,9 2,3
30,9±20,7 38,3 19,3±15,3 15,6
104,6±118,2 3,7 107,0±61,4 82,1
Filtrierte
Partikel-
chargen
10,3±10,9 51,5 21,6±13,7 5,1
40,7±45,9 46,7 120,6±85,12 34
291,1±370,2 1,8 518,5±428,7 60,9
35
Nach der Magnetisierung im Arterienflussmodell kehrte sich die eben
beschriebene Verteilung um. So konnte bei 82,1% der unfiltrierten Partikel eine
mittlere Größe von 107,0nm (±61,4nm) gemessen werden und bei 60,9% der
filtrierten Partikel wurde eine Größe von 518,5nm (±428,7nm) festgestellt.
Es konnte also belegt werden, dass die Magnetisierung die Größe der
nanopartikulären Teilchen erhöht. Dieser Effekt war bei den unfiltrierten
Partikelchargen eindeutiger nachweisbar, da sich hier die relative Verteilung der
Größenfraktionen zugunsten der größeren Partikelchargen veränderte. Allerdings
war die effektive Größenzunahme bei den filtrierten Chargen deutlicher
ausgeprägt, deren maximale Größe sich annähernd verdoppelte.
Die oben beschriebenen Resultate sind in den Abbildungen 12 und 13 an zwei
relevanten Chargen für unfiltrierte und filtrierte Partikel veranschaulicht.
Abbildung 12: Darstellung der Partikelgrößenverteilung vor und nach Magnetisierung an einer
exemplarisch ausgewählten filtrierten Partikelcharge (pink = Ursprüngliche Partikelgröße, blau
= Größe der Partikel nach der Magnetisierung).
36
Abbildung 13: Darstellung der Partikelgrößenverteilung vor und nach Magnetisierung an einer
exemplarisch ausgewählten unfiltrierten Partikelcharge (pink = Ursprüngliche Partikelgröße,
blau = Größe der Partikel nach der Magnetisierung).
37
5.3 Eisenbestimmung
Bei der Bestimmung des Eisengehaltes der magnetischen Nanopartikel ergab sich
für die unfiltrierten Partikelchargen ein durchschnittlicher Eisengehalt von
6,74mg/ml (±3,09mg/ml). Der Mittelwert für die filtrierten Partikelchargen lag bei
4,03mg/ml (±1,19mg/ml). Die Messwerte der Einzelbestimmungen sind der
Tabelle 6 zu entnehmen.
Tabelle 6: Eisengehalt der unfiltrierten und filtrierten Partikelchargen mit Angabe des
Mittelwertes sowie der Standardabweichung.
Eisengehalt der
unfiltrierten Chargen
[mg/ml]
Eisengehalt der
filtrierten Chargen
[mg/ml]
9,54 5,04
9,06 4,53
3,11 4,66
5,25 4,20
4,05
1,72
6,74 (±3,09) 4,03 (±1,19) Mittelwert
(±Stabw)
Vergleicht man nun die beiden Mittelwerte miteinander, so lässt sich feststellen,
dass der Eisengehalt der unfiltrierten Chargen deutlich höher liegt, als der
Eisengehalt der filtrierten Chargen.
38
5.4 Magnetorelaxometrie
5.4.1 Relative Anreicherung in Abhängigkeit von der
Magnetfeldstärke
Die Verteilung des Eisengehaltes in den einzelnen Arteriensegmenten hängt stark
vom jeweils extern angelegten Magnetfeld ab.
So fiel bei der vergleichenden Betrachtung der verschiedenen
Magnetfeldgradienten auf, dass sich bei 0T/m nur eine geringe Anreicherung von
magnetischem Eisenoxid zeigte. Dabei nahmen Arterien, die am Ende des
Versuches filtriert wurden, durchschnittlich 0,01% der ingesamt applizierten
magnetischen Nanopartikel auf. Bei unfiltrierten Arterien lagerten sich
durchschnittlich 0,12% der insgesamt applizierten magnetischen Nanopartikel an.
Mit zunehmendem magnetischem Feldgradienten stieg auch der Gehalt an
magnetischem Eisenoxid in allen Segmenten der Arterien an. Für alle Segmente -
5 bis +5 ergaben sich dabei nach dem H-Test nach Kruskal und Wallis
signifikante Unterschiede zwischen den Feldstärken 0T/m, 10T/m und 16T/m mit
einem p-Wert von jeweils ≤0,05. Verglich man nun die Partikelanreicherung bei
den Feldstärken 10T/m und 16T/m nochmals mithilfe des U-Tests nach Mann-
Whitney-Wilcoxon, so konnte man vor allem in den Segmenten -1, 0 und +1
signifikante Unterschiede mit einem p-Wert von ≤0,05 ausmachen. Bei
Betrachtung der Mittelwerte aller Segmente mithilfe des t-Tests zeigten sich für
ungespülte Arterien mit unfiltrierten Partikeln beim Vergleich der Feldstärken
10T/m und 16T/m sowie der Feldstärken 0T/m und 10T/m statistisch hoch-
signifikante Unterschiede mit einem p-Wert von ≤0,005. Bei Arterien, die am
Ende des Versuches gespült wurden und bei denen filtrierte Partikel zum Einsatz
kamen, konnte man im t-Test bei Vergleich der Feldstärken 0T/m und 10T/m
ebenfalls einen signifikanten Unterschied bei der Anreicherung magnetischer
Nanopartikel mit einem p-Wert von 0,006 nachweisen. Bei Vergleich der
Feldstärken 10T/m und 16T/m ließ sich bei einem p-Wert von 0,08 lediglich ein
Trend feststellen.
39
Abbildung 14 stellt den mittleren Gehalt an magnetischem Eisenoxid bei den drei
verwendeten Magnetfeldstärken für ungespülte Arterien unter Verwendung
unfiltrierter Partikel gegenüber und ermöglicht es, den deutlichen
Konzentrationsunterschied von durchschnittlich 59,0µg Eisenoxid bei 16T/m im
Segment 1 im Vergleich zu durchschnittlich 7,3µg Eisenoxid bei 10T/m im
Segment 1 zu erfassen.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
m_
abs/
µg
Sections
0T/m, unfil, unges
10T/m, unfil, unges
16T/m, unfil, unges
Abbildung 14: Zusammenfassender Vergleich des mittleren Gehaltes an magnetischem
Eisenoxid in den Arteriensegmenten -5 bis +5 bei ungespülten Arterien unter Verwendung
unfiltrierter Partikel mit den Feldstärken 0T/m, 10T/m und 16T/m.
Um den Erfolg der durchgeführten Versuche zu beurteilen, kann man die
tatsächlich erzielte mit der theoretisch maximal möglichen Anreicherung der
magnetischen Nanopartikel in den Segmenten -2 bis +2 vergleichen. Für die 5cm
lange Strecke zwischen den Segmenten -2 bis +2 ergibt sich bei einem
Feststoffgehalt von 7,5mg/ml, unter Abzug des Gehaltes an Mitoxantron
(0,13mg/ml) sowie des Gehaltes an Laurinsäure (3,14mg/ml), eine maximal
mögliche Anreicherung von 4,23mg/ml an magnetischen Nanopartikeln. Zu
bedenken ist dabei, dass im theoretischen Konstrukt der komplette Hohlzylinder
40
mit Nanopartikeln ausgefüllt ist, während im Experiment trotz Anlagerung der
Partikel ein steter Fluss durch das Innere der Arterie herrscht.
Tatsächlich konnten bei ungespülten Arterien mit unfiltrierten Partikeln bei der
Magnetfeldstärke 16T/m im Durchschnitt 77,02% aller magnetischen
Nanopartikel in den Segmenten -2 bis +2 nachgewiesen werden. Bei 10T/m fand
man nur noch durchschnittlich 57,07% aller magnetischen Nanopartikel in den
Segmenten -2 bis +2. Es lässt sich also schlussfolgern, dass in der vorliegenden
Versuchsanordnung eine große Anzahl an magnetischen Nanopartikeln lokal
konzentriert werden kann.
Im Aufnahmeprofil der Arterien zeigt sich ebenso mit steigendem
Magnetfeldgradienten eine stärkere Anreicherung von magnetischem Eisenoxid in
Polschuh-nahen Segmenten. So fand sich bei 16T/m die höchste Konzentration
von magnetischem Eisenoxid vor allem im Arteriensegment mit der Nummer +1.
Ausgehend von diesem Punkt der höchsten Konzentration ließen sich
glockenförmig zu beiden Seiten abfallende Werte für den Gehalt an
magnetischem Eisenoxid in den übrigen Arterienstücken darstellen.
Während dieses Verteilungsmuster bei nahezu allen Arterien mit der Feldstärke
16T/m nachzuweisen war, wichen bei einem Magnetfeldgradienten von 10T/m
einige Arterien ab und zeigten eine größere Streubreite bezüglich des Gehaltes an
magnetischem Eisenoxid. Bei 0T/m war lediglich eine diffuse Anreicherung von
magnetischen Nanopartikeln festzustellen, so dass sich bei dieser Feldstärke keine
gezielte Anreicherung der Partikel in den Polschuh-nahen Arteriensegmenten
beschreiben ließ.
5.4.2 Absolute Anreicherung in Abhängigkeit von der Spülung
der Arterien und der Filtration der Partikel
Beim Vergleich der beiden für die Versuche gewählten Bedingungen konnte man
eindeutig feststellen, dass diejenigen Arterien, bei denen filtrierte Nanopartikel
zur Anwendung kamen und die nach Applikation dieser Partikel gespült wurden,
41
deutlich weniger Aufnahme von Ferrofluiden zeigten, als ungespülte Arterien
unter Verwendung unfiltrierter Nanopartikel.
Es wurde unter der Magnetfeldstärke 16T/m bei gespülten Arterien mit filtrierten
Partikeln eine durchschnittliche Aufnahme von 2,38% aller applizierter
Nanopartikel gemessen, während ungespülte Arterien mit unfiltrierten Partikeln
im Durchschnitt 4,28% der applizierten Nanopartikel aufnahmen.
Die Unterschiede der Partikelanreicherung in Abhängigkeit von der gewählten
Magnetfeldstärke werden in den Abbildungen 15 bis 17 nochmals gezeigt. Dabei
wird klar ersichtlich, dass ungespülte Arterien mit unfiltrierten Partikeln in nahezu
allen untersuchten Segmenten, unabhängig von der eingesetzten Magnetfeldstärke
eine deutlich höhere Aufnahme von magnetischem Eisenoxid aufweisen, als
gespülte Arterien mit filtrierten Partikeln.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
m_
abs/
µg
Sections
0T/m, unfil, unges
0T/m, fil, ges
Abbildung 15: Gegenüberstellung des mittleren Gehaltes an magnetischem Eisenoxid in den
Segmenten -5 bis +5 unter der Magnetfeldstärke 0T/m bei ungespülten Arterien mit
unfiltrierten Nanopartikeln sowie gespülten Arterien mit filtrierten Nanopartikeln. (Es wurden
5 Experimente mit ungespülten Arterien und unfiltrierten Partikeln sowie 5 Experimente mit
gespülten Arterien und filtrierten Partikeln durchgeführt.)
42
0,000
5,000
10,000
15,000
20,000
25,000
30,000
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
m_
abs/
µg
Sections
10T/m, unfil, unges
10T/m, fil, ges
Abbildung 16: Gegenüberstellung des mittleren Gehaltes an magnetischem Eisenoxid in den
Segmenten -5 bis +5 unter der Magnetfeldstärke 10T/m bei ungespülten Arterien mit
unfiltrierten Nanopartikeln sowie gespülten Arterien mit filtrierten Nanopartikeln. (Es wurden
13 Experimente mit ungespülten Arterien und unfiltrierten Partikeln sowie 12 Experimente mit
gespülten Arterien und filtrierten Partikeln durchgeführt.)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
m_
abs/
µg
Sections
16T/m, unfil, unges
16T/m, fil, ges
Abbildung 17: Gegenüberstellung des mittleren Gehaltes an magnetischem Eisenoxid in den
Segmenten -5 bis +5 unter der Magnetfeldstärke 16T/m bei ungespülten Arterien mit
unfiltrierten Nanopartikeln sowie gespülten Arterien mit filtrierten Nanopartikeln. (Es wurden
14 Experimente mit ungespülten Arterien und unfiltrierten Partikeln sowie 12 Experimente mit
gespülten Arterien und filtrierten Partikeln durchgeführt.)
43
Am deutlichsten wurde dieser Unterschied bei der Magnetfeldstärke 16T/m
ersichtlich. Am Punkt der maximalen Konzentration im Arteriensegment +1
konnte man bei gespülten Arterien mit filtrierten Partikeln eine durchschnittliche
Aufnahme von 8,36µg Eisenoxid messen, während dieser Wert bei den
ungespülten Arterien unter Verwendung unfiltrierter Partikeln mit 59,0µg mehr
als sechsmal so hoch lag.
5.4.3 Zusammenfassung der Ergebnisse aus den MRX-
Messungen
Um alle Resultate aus den MRX-Messungen nochmals übersichtlich in einer
Grafik darzustellen, sind im Folgenden die Abbildungen 18 und 19 angefügt.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass sich bei 0T/m sowohl bei gespülten
Arterien mit filtrierten Partikeln, als auch bei ungespülten Arterien mit
unfiltrierten Partikeln annähernd keine Anreicherung von magnetischem
Eisenoxid zeigt und dass mit steigender magnetischer Flussdichte eine verstärkte
Anreicherung von magnetischem Eisenoxid zu beobachten ist. Auch die relative
Anreicherung der Nanopartikel in den Polschuh-nahen Segmenten steigt mit
zunehmendem Magnetfeldgradienten. Überdies verschmälert sich das
Aufnahmeprofil der Arterien mit steigendem Magnetfeldgradienten. Schließlich
lässt sich feststellen, dass ungespülte Arterien mit unfiltrierten Partikeln deutlich
mehr Aufnahme von magnetischem Eisenoxid aufweisen, als gespülte Arterien
mit filtrierten Partikeln.
44
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
m_a
bs/µ
g
Sections
0T/m, unfil, unges
10T/m, unfil, unges
16T/m, unfil, unges
Abbildung 18: Zusammenfassender Vergleich des mittleren Gehaltes an magnetischem
Eisenoxid in den Arteriensegmenten -5 bis +5 bei ungespülten Arterien unter Verwendung
unfiltrierter Partikel mit den Feldstärken 0T/m, 10T/m und 16T/m.
0
10
20
30
40
50
60
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
m_
abs/
µg
Sections
0T/m, fil, ges
10T/m, fil, ges
16T/m, fil, ges
Abbildung 19: Zusammenfassender Vergleich des mittleren Gehaltes an magnetischem
Eisenoxid in den Arteriensegmenten -5 bis +5 bei gespülten Arterien unter Verwendung
filtrierter Partikel mit den Feldstärken 0T/m, 10T/m und 16T/m.
45
5.5 Histologie
Mittels der angefertigten histologischen Schnitte aus relevanten
Arteriensegmenten war es möglich, die Ablagerung der magnetischen
Nanopartikel im Inneren der Arterie zu visualisieren und somit detaillierte
Informationen über deren Verteilung zu erhalten.
Die histologischen Schnitte zeigten mithilfe der Berliner-Blau-Färbung eine
Ablagerung der Nanopartikel im endoluminalen Bereich der Arterien, wobei
freies Eisen in besonderem Maße in den Arteriensegmenten nachgewiesen werden
konnte, die während der Versuche unter der Polschuhspitze gelegen waren.
Abbildung 20 verdeutlicht die Ablagerung der magnetischen Nanopartikel im
Inneren der Arterie.
Abbildung 20: Histologisches Schnittbild einer Arterie mit Berliner-Blau-Färbung zum Nachweis
von freiem Eisen. Die Pfeile markieren die Ablagerung der magnetischen Nanopartikel im
endoluminalen Bereich der Arterie. 400-fache Vergrößerung.
In einigen Segmenten (Abbildung 21) wurde eine positive Färbereaktion für
Berliner-Blau in Endothelzellen nachgewiesen, so dass von einer intrazellulären
Aufnahme der magnetischen Nanopartikel ausgegangen werden muss.
46
Abbildung 21: Histologisches Schnittbild einer Arterie mit Berliner-Blau-Färbung zum Nachweis
von freiem Eisen. Die Pfeile markieren die intrazelluläre Ablagerung von Eisen in einer
exemplarisch ausgewählten Endothelzelle. 1250-fache Vergrößerung.
In weitergehenden histologischen Untersuchungen konnte überdies eine
Infiltration des arteriellen Gewebes durch magnetische Nanopartikel beobachtet
werden. So fand man bei einem magnetischen Feldgradienten von 16T/m eine
Ablagerung der Nanopartikel im Bereich der Media der Arterienwand.
Untenstehende Abbildung 22 stellt diese Tatsache heraus und macht die
Ablagerung der Nanopartikel im Bereich des Endothels der Arterie sichtbar.
Abbildung 22: Histologisches Schnittbild einer Arterie nach Magnetisation mit einer Feldstärke
von 16T/m im Segment 0 mit Berliner-Blau-Färbung. a) 25-fache Vergrößerung. b) 60-fache
Ausschnittvergrößerung aus Bild a mit Nachweis von freiem Eisen im Bereich der Media der
Arterienwand (weiße Pfeile). c) 200-fache Vergrößerung. Die Pfeile zeigen die Ablagerung der
Ferrofluide im Bereich des Endothels.
47
5.6 Mikro-Computertomografie
Die Technik der µ-CT ermöglichte es, einen detaillierten Gesamtüberblick über
die Anordnung der magnetischen Nanopartikel im Arteriensegment zu erlangen
und somit die dreidimensionale Partikelverteilung darstellen zu können.
Abbildung 23 zeigt eine Serie von Schnittbildern, die mit der µ-CT erzeugt
werden konnten. Die verschiedenen Graustufen repräsentieren unterschiedliche
Dichteverteilungen des Gewebes in der Probe und wurden zur besseren
Kennzeichnung farbcodiert. Dabei konnten außerhalb der Arterie keine
Nanopartikel festgestellt werden. Im Inneren der Arterie zeigte sich jedoch eine
deutliche Anreicherung der Partikel, die sowohl am Endothel, als auch in der
Arterienwand nachweisbar war. Ebenfalls mit erfasst wurde ein Seitenast der
Arterie, in dem sich gleichermaßen eine Akkumulation der Nanopartikel zeigte.
Neben dem reinen Nachweis der Nanopartikel in ihrer Einbettung im
Arterienstück wurde auch eine Subtraktionsbildgebung durchgeführt. Hierbei
wurden übereinstimmende Graustufen der Arterienwand sowie der umliegenden
Gewebe digital entfernt, so dass lediglich die Nanopartikel selbst übrig blieben
und sich daher noch deutlicher in ihrer Verteilung darstellen ließen.
48
Abbildung 23: Serie von µ-CT Schnittbildern des Arteriensegmentes 0, die zur besseren
Kennzeichnung eingefärbt wurden. braun = Gewebe, blau = Nanopartikel. Die Graustufen des
umgebenden Paraffins wurden digital entfernt. a) Äußere frontale Ansicht des Arterienstückes.
b) Longitudinalschnitt des Arteriensegmentes mit Anreicherung der Nanopartikel am Endothel,
in der Arterienwand sowie in einem Seitenast. c) Subtraktionsbildgebung mit alleiniger
Darstellung der magnetischen Nanopartikel.
Überdies fiel bei Betrachtung der Schnittbilder eine inhomogene Verteilung der
magnetischen Nanopartikel innerhalb eines Arteriensegmentes auf. Diese
Tatsache erklärt, dass oftmals kein freies Eisen in den histologischen
Untersuchungen nachgewiesen werden konnte, obwohl durch die quantitative
Messung des Eisengehaltes mittels MRX im entsprechenden Arterienstück eine
hohe Konzentration an magnetischem Eisen-Oxid festgestellt wurde.
Wie das µ-CT in Abbildung 24 zeigt, kann die Partikelverteilung im Arterienstück
sehr inhomogen sein, so dass im angefertigten korrespondierenden histologischen
Schnittbild, trotz insgesamt hoher Konzentration an Eisen im gesamten Segment,
kein freies Eisen nachgewiesen werden konnte. Dadurch wird deutlich, dass die µ-
CT ein wichtiges Instrument zur Bestimmung der qualitativen Partikelverteilung
darstellt und somit als Entscheidungskriterium für die Anfertigung von
histologischen Schnittbildern herangezogen werden kann.
49
Abbildung 24: Bild eines µ-CT und korrepondierendes histologisches Schnittbild. Die Pfeile
markieren die Stelle im Arterienstück, von der das histologische Schnittbild angefertigt wurde.
Trotz insgesamt hohem Eisengehalt im gesamten Arterienstück ist aufgrund der Schnittebene
im histologischen Bild kein freies Eisen nachweisbar.
Um einen Vergleich beider bildgebender Verfahren anführen zu können, sind in
Abbildung 25 die Bilder aus den µ-CT Untersuchungen mit den
korrespondierenden histologischen Schnittbildern aus demselben Arteriensegment
vergleichend gegenübergestellt.
50
Abbildung 25: Vergleichende Gegenüberstellung der Bilder aus dem µ-CT sowie der
korrespondierenden histologischen Schnittbilder aus demselben Arteriensegment -3. a) – c)
Histologische Schnittbilder einer Arterie nach Magnetisation mit 16T/m im Segment -3 mit
Berliner-Blau-Färbung zum Nachweis von freiem Eisen. 25-fache Vergrößerung. Die Pfeile
markieren die Anlagerung von Eisen-Oxid im Inneren der Arterie. d) – f) Korrespondierende µ-
CT Bilder in demselben Arteriensegment. Blau gefärbt zeigt sich die Anreicherung von
Nanopartikeln im Inneren der Arterie. Die Pfeile markieren ein durch eine zu enge Ligatur
nahezu vollständig okkludiertes Endolumen ohne Partikelanreicherung mit konsekutivem
Aufstau von magnetischen Nanopartikeln im davorliegenden Bereich.
Dabei erkennt man, dass diejenigen Bereiche, in denen sich in der µ-CT die
höchste Anreicherung von magnetischen Nanopartikeln gezeigt hatte, mit den
Regionen übereinstimmen, in denen auch in der histologischen Beurteilung die
höchste Konzentration an Ferrofluiden gefunden wurde. Während die µ-CT einen
dreidimensionalen Eindruck der Partikelverteilung liefert, weist die Histologie ein
höheres räumliches Auflösungsvermögen auf.
Überdies fand man am Ende der Bilderserie eine wesentlich geringere
Konzentration an Nanopartikeln, als in den vorangehenden Schnitten. Betrachtet
man die µ-CT Bilder, so fällt dort ein verengtes beziehungsweise nahezu
vollständig okkludiertes Endolumen auf, das ein erhebliches Passagehindernis für
51
die magnetischen Nanopartikel darstellt und somit, durch einen Aufstau der
Partikel vor der Verengung, die in den MRX-Messungen teilweise gefundenen
abweichenden Verteilungsfunktionen im Gehalt an magnetischem Eisenoxid
erklären könnte. In der Histologie ließ sich das verengte Lumen jedoch nur noch
ansatzweise erkennen, da die Verarbeitungsprozesse zur Herstellung des
Schnittbildes eine Entspannung des Gewebes begünstigen. Somit stellt die µ-CT
ein sensitives Verfahren zur Erkennung von Passagehindernissen dar und kann
ergänzend zur Histologie wichtige Informationen über die Verteilung der
magnetischen Nanopartikel im Arteriensegment liefern.
52
6. Diskussion
6.1 Partikelanreicherung in Abhängigkeit
von der Größe der Partikel
Eine eingangs aufgestellte Arbeitshypothese, dass sich zwischen den verwendeten
Partikelgrößen Unterschiede in der Anreicherung der Nanopartikel zeigen, kann
validiert werden. So lässt sich feststellen, dass ungespülte Arterien mit
unfiltrierten Partikeln deutlich mehr Aufnahme von magnetischem Eisenoxid
aufweisen, als gespülte Arterien mit filtrierten Partikeln, was überwiegend durch
Unterschiede in der Partikelgröße zu erklären ist.
Der vorliegende Versuchsaufbau vermag dabei allerdings nicht zu unterscheiden,
ob die höhere Aufnahme von magnetischem Eisenoxid in ungespülten Arterien
mit unfiltrierten Partikeln tatsächlich nur von der unterschiedlichen Größe der
Nanopartikel abhängt oder ob das Ergebnis nicht vielmehr hauptsächlich durch
die fehlende Spülung am Ende des Versuches zu erklären ist. Es ist daher eine
weiterführende getrennte Untersuchung dieser beiden Faktoren nötig, um
festzustellen, ob die Spülung oder die Filtration entscheidend für die
Anreicherung der magnetischen Nanopartikel ist.
Um die Ablagerung magnetischer Nanopartikel nachvollziehen zu können, ist es
entscheidend, die Kräfte, die auf ein Teilchen im Inneren einer Arterie wirken, zu
beurteilen. Die Hydrodynamische Kraft, die durch die Druckdifferenz der
peristaltischen Pumpe erzeugt wird, bestimmt die Fließgeschwindigkeit der
Partikel. Die Magnetische Kraft, die durch den extern angelegten
Magnetfeldgradienten bestimmt wird, wirkt in Richtung des größten Gradienten.
Somit stellen die Strömungsgeschwindigkeit und das Magnetfeld die vorrangigen
Einflussgrößen auf die Partikelanreicherung dar. Diese Einflussgrößen sind jedoch
abhängig vom Durchmesser der Nanopartikel. [36, 66]
53
Somit ergeben sich drei grundlegende Modelle bei der Anreicherung der
magnetischen Nanopartikel im Inneren einer Arterie. Zum einen kann die
Magnetische Kraft dominieren und den Transport der Nanopartikel unabhängig
von der Strömungsgeschwindigkeit kontrollieren. Andererseits kann die
Strömungsgeschwindigkeit so stark sein, dass sie die Nanopartikel aus dem
Inneren der Arterie auswäscht, bevor diese durch das Magnetfeld angezogen
werden können. Schließlich kann es zur Bildung einer Grenzschicht kommen,
wenn die Hydrodynamische und die Magnetische Kraft äquivalent sind. Dabei
formieren sich die Nanopartikel entweder entlang der Gefäßwand, wo die
Strömungsgeschwindigkeit sehr langsam ist, oder treten durch Diffusion in das
umliegende Gewebe ein. [53]
Es konnte desweiteren belegt werden, dass die Magnetisierung die Größe der
nanopartikulären Teilchen erhöht. Dabei ist davon auszugehen, dass sich die
magnetischen Nanopartikel durch den Verlust der kolloidalen Stabilität in
Anwesenheit des physiologischen BSA-Puffers zu größeren Agglomeraten
formieren. Ursächlich für diese Anziehung ist die Wirkung der magnetischen
Kraft sowie die elektromagnetische Anziehungskraft. Größere Aggregate könnten
sich außerdem durch Schäden an der äußeren stabilisierenden Hülle der
Nanopartikel bilden, die typischerweise bei älteren Chargen auftreten. Als
sensitiver Indikator für die Stabilität der Ferrofluide kann dabei die MRX dienen,
die es durch den Vergleich der Relaxationskurven verschiedener Partikelchargen
ermöglicht, instabile Nanopartikel zu erkennen. [30, 42] Ob die gebildeten
Agglomerate irreversibel sind oder ob sie lediglich kurzzeitig existieren und sich
wieder auflösen muss durch zusätzliche Analysen, beispielsweise durch
nachfolgende Partikelgrößenmessungen, erforscht werden.
Das in den gegenwärtigen Versuchsreihen angewandte Arterienmodell ist gut
geeignet, um die Anreicherung der magnetischen Nanopartikel unter
verschiedenen Bedingungen zu untersuchen. Es stellt ein einfaches Flussmodell
dar, mit Hilfe dessen sich grundlegende physikalische Vorgänge bei dem Konzept
des MDT verstehen lassen. Durch die Möglichkeit, verschiedene Einflussgrößen
der Partikelanreicherung, beispielsweise den Magnetfeldgradient, die Größe der
54
magnetischen Nanopartikel, aber auch deren Konzentration, zu variieren, ergeben
sich eine Vielzahl möglicher Experimente mit unterschiedlicher Zielsetzung.
Die Grenzen dieses einfachen Flussmodelles zeigen sich jedoch mit zunehmender
Komplexität der Vaskularisierung. Da das Arterienmodell auf lediglich einer
linearen Flussrichtung basiert, können die Gegebenheiten in dem weit
verzweigten Kapillarsystem eines Tumors nicht in ausreichendem Maße
untersucht werden und lassen sich daher nur schwer auf komplexe Systeme
übertragen. Gitter et al. erweitern das Arterienmodell bereits um eine
Verzweigung und analysieren die daraus resultierende Veränderung in der
Anreicherung magnetischer Nanopartikel. [35] Dennoch sind vor der Anwendung
beim Menschen noch weitergehende Untersuchungen mit komplexeren
Flussmodellen nötig, um die vielfältigen Einflussfaktoren auf die Anlagerung der
magnetischen Nanopartikel noch besser verstehen und eine ausreichende
Sicherheit in der Anwendung des MDT gewährleisten zu können.
Trotz dieser Einschränkungen lassen sich aus dem Arterienmodell in
Zusammenschau mit der MRX, der µ-CT und der Histologie wichtige
Erkenntnisse über die räumliche sowie die quantitative Anordnung der
magnetischen Nanopartikel innerhalb der Arterie gewinnen. Die Sensitivität und
Eignung aller angewandten Methoden wurde bereits vielfach unter Beweis
gestellt. [60, 68]
Während die MRX vor allem die Verteilung der Nanopartikel in einem
Arteriensegment erfasst und die Quantifizierung des Gehaltes an magnetischem
Eisenoxid bis auf den µg Bereich genau ermöglicht, visualisieren die µ-CT und
die Histologie die räumliche Verteilung der Nanopartikel. Die µ-CT bietet
besonders die Möglichkeit die dreidimensionale Partikelverteilung in einem
kompletten Arteriensegment auf nichtinvasive Weise darzustellen. Der Vorteil der
Histologie liegt vor allem in ihrem ausgezeichneten Auflösungsvermögen und
ermöglicht damit die Beurteilung der Partikelverteilung auf zellulärer Ebene. Alle
Techniken ergänzen einander und schaffen so die Möglichkeit, die Anordnung der
Nanopartikel auf verschiedensten Ebenen zu untersuchen.
55
6.2 Partikelanreicherung in Abhängigkeit
vom Magnetfeldgradienten
Zwischen den einzelnen Magnetfeldgradienten 0T/m, 10T/m und 16T/m zeigen
sich Unterschiede in der Anreicherung der magnetischen Nanopartikel, womit
auch die zweite dieser Arbeit zugrunde liegende Hypothese bestätigt werden kann.
So kann man durch die MRX-Messungen unter Beweis stellen, dass sich bei 0T/m
annähernd keine Anreicherung von magnetischem Eisenoxid zeigt und dass mit
steigender magnetischer Flussdichte eine verstärkte Anreicherung von
magnetischem Eisenoxid zu beobachten ist. Überdies zeigt sich im
Aufnahmeprofil der Arterien mit steigendem Magnetfeldgradienten eine stärkere
Anreicherung von magnetischem Eisenoxid in Polschuh-nahen Segmenten.
Diese Ergebnisse belegen die Tatsache, dass die Anreicherung der Nanopartikel
im Inneren der Arterie entscheidend von der Stärke des extern angelegten
Magnetfeldes abhängt, durch das die Partikel aus ihrer Flussrichtung abgelenkt
und am Endothel der Arterie angelagert werden. Die Anreicherung der Ferrofluide
wird jedoch nicht ausschließlich von der Magnetischen Kraft bestimmt. Auch die
Hydrodynamische Kraft, welche die Nanopartikel in Flussrichtung ablenkt, trägt
zur Ablagerung der Ferrofluide bei. So würde man die maximale Konzentration
von magnetischen Nanopartikeln theoretisch im Segment 0, welches während der
Versuche direkt unter der Polschuhspitze des Magneten gelegen war, erwarten.
Tatsächlich findet man beispielsweise bei ungespülten Arterien mit unfiltrierten
Partikeln die höchste Konzentration an Nanopartikeln im Segment +1, also um ein
Segment in Flussrichtung verschoben.
Mit steigender magnetischer Flussdichte lassen sich also zum einen absolut
gesehen mehr Nanopartikel im Inneren der Arterie nachweisen. Andererseits
verschmälert sich das Verteilungsprofil, was vor allem durch den höheren Gehalt
an magnetischem Eisenoxid in den Segmenten -2 bis +2 zu erklären ist, die den
Hauptteil der Partikelanreicherung ausmachen.
Tatsächlich können bei ungespülten Arterien mit unfiltrierten Partikeln bei der
Magnetfeldstärke 16T/m im Durchschnitt 77,02% aller magnetischen
Nanopartikel in den Segmenten -2 bis +2 nachgewiesen werden. Da sich also
56
77,02% aller Ferrofluide in unmittelbarer Nähe der Polschuhspitze des Magneten
anlagern, lässt sich schlussfolgern, dass in dieser Versuchsanordnung eine große
Anzahl an magnetischen Nanopartikeln lokal konzentriert werden kann.
Da es zur Vermeidung von Agglomeraten günstig ist, einen möglichst geringen
Magnetfeldgradienten wählen zu können, sind jedoch noch breiter angelegte
Studien zum Auffinden des Schwellenwertes zwischen 10T/m und 16T/m nötig,
ab dem die Partikelanreicherung deutlich ansteigt.
Trotz der insgesamt eindeutigen Unterschiede weisen nicht alle durchgeführten
Arterien vergleichbare Mengen an Nanopartikeln beziehungsweise die
gewünschte Idealverteilung der Partikel über die einzelnen Segmente auf. Diese
Abweichungen lassen sich einerseits durch die Bildung von Stenosen in den
Arterien erklären, die entweder durch Agglomeration der magnetischen
Nanopartikel in Anwesenheit des externen Magnetfeldes oder durch Fehler bei der
Präparation der Arterien, zum Beispiel das zu feste Abbinden eines Seitenastes,
entstehen können. Die Bildung dieser Stenosen kann sowohl in der µ-CT als auch
in der Histologie nachgewiesen werden.
Außerdem ist es denkbar, dass sich bei der Präparation der Arterien geringe
Verschleppungen von magnetischen Nanopartikeln ergeben, die zu einer
Veränderung des Gehaltes an magnetischem Eisenoxid führen können.
Überdies muss die Beschaffenheit der verwendeten Arterien in Betracht gezogen
werden. So bestimmt der Durchmesser der Arterie einerseits die
Fließgeschwindigkeit der Partikel durch die Arterie und auch, durch eine
Erhöhung der Oberfläche, die theoretisch mögliche maximale Anreicherung von
magnetischen Nanopartikeln. Daher bringt eine Veränderung des Durchmessers
unter Umständen enorme Abweichungen im Gehalt und in der Verteilung von
magnetischem Eisenoxid mit sich.
Schließlich muss bedacht werden, dass die magnetischen Nanopartikel ihre
Eigenschaften während des Versuches durch den Kontakt mit Wasser und die
daraus resultierende Bildung einer Hydrathülle um die Partikel verändern können.
So wird beschrieben, dass die magnetische Oberfläche der Partikel mit dem
57
umliegenden Wasser in erster Lage vor allem mit den dissoziierten Derivaten des
Wassers, also H3O+ und OH
-, interagiert und dabei möglicherweise auch reaktive
Sauerstoff- beziehungsweise Hydroxyl-Spezies an der Oberfläche des Eisenoxides
entstehen, die an verschiedenen Reaktionen teilnehmen können. In den weiteren
Schichten lagert sich das Wasser in strikter Lagenstruktur um die Nanopartikel an,
wodurch eine relativ spröde Oberfläche entsteht, die zu einem veränderten
Verhalten der Partikel führen kann. Die Bildung einer hydrophoben Oberfläche
führt außerdem zu einem verlängerten Aufenthalt der magnetischen Nanopartikel
in der Blutzirkulation und erhöht die Wahrscheinlichkeit der Aufnahme ins
Interstitium. [47, 69]
6.3 Ausblick
Um in Zukunft eine effiziente Anwendung des MDT am Menschen gewährleisten
zu können, sind noch eine Vielzahl offener Fragestellungen durch weiterführende
Versuchsreihen zu analysieren und mit den heutigen Erkenntnissen in Einklang zu
bringen.
Die Biokompatibilität magnetischer Nanopartikel wurde bereits in vielen Studien,
unter anderem in einer Phase I Studie an 14 Patienten, unter Beweis gestellt und
es wurde nachgewiesen, dass Ferrofluide keine Toxizität im Organismus entfalten,
sondern in der Leber metabolisiert und zur Hämoglobinsynthese genutzt werden.
[10, 15, 18]
Um die Anwendung zu optimieren muss jedoch die Bioverfügbarkeit der
Nanopartikel noch weiter erhöht werden. Außerdem benötigt man ein System zur
individuellen Dosisbestimmung, das sich beispielweise am Tumorgefäßvolumen
orientieren könnte. MDT bietet dabei die Möglichkeit, mit Applikation einer
geringeren systemischen Dosis bessere Ergebnisse als eine herkömmliche
Chemotherapie zu erzielen, wovon insbesondere Patienten mit schlechter
Konstitution profitieren. So konnte in tierexperimentellen Studien gezeigt werden,
dass die intraarterielle Gabe von lediglich 20% der normalen systemischen Dosis
58
von Mitoxantron zu einer kompletten und permanenten Tumorremission ohne
negative systemische Auswirkungen führt. [11, 14]
Eine noch zu lösende Aufgabe für den klinischen Einsatz stellt die mögliche
intravasale Thrombenbildung nach MDT dar. Als Verursacher sind dafür zwei
grundlegende Mechanismen denkbar. Zum einen setzt die Oberfläche der
Partikelsuspensionen die Gerinnungskaskade in Gang und aktiviert damit direkt
das thrombotische System. Andererseits kann es durch Instabilität der Lösungen
in Interaktion mit dem äußeren Magnetfeld zur Bildung größerer
Partikelagglomerate kommen, die zu einem Verschluss der proximal gelegenen
Kapillaren führen könnten. Diese Beobachtungen basieren allerdings auf einem
ex-vivo-Modell, welches die realen Gegebenheiten im Blutgefäßsystem des
Menschen nicht vollständig wiedergeben kann, und können damit nicht ohne
weitere Überprüfung auf die klinische Anwendung beim Menschen übertragen
werden. [42]
Schließlich müssen die externen Magnetfelder entsprechend stark gewählt
werden, um auch tiefer im Körper gelegene Strukturen wirkungsvoll erreichen zu
können. [11]
Um diese Fragestellungen ausreichend beantworten zu können, sind genauere
Untersuchungen der einzelnen Einflussgrößen nötig. Beispielsweise ist es
entscheidend zu analysieren, welchen Einfluss die Strömungsgeschwindigkeit
oder das Vorhandensein von Verzweigungen im Modell auf die Anreicherung der
Nanopartikel hat und ob und in welcher Weise eine Viskositätsabhängigkeit
besteht. Auch durch die Beobachtung der Partikelanreicherung in den
verschiedenen Medien Serum, Plasma sowie in unterschiedlichen Pufferlösungen
lassen sich wichtige Erkenntnisse für das MDT gewinnen.
Doch trotz umfassender Untersuchungen stellt die breite Anwendung einer
Technik in Lebewesen stets einen großen Unterschied zur Testung unter
kontrollierten Laborbedingungen dar. Denn selbst das komplexeste in-vitro
Modell kann die tatsächlichen Gegebenheiten in vivo nicht ausreichend
wiedergeben. Hierbei ist es entscheidend, die bereits durchgeführten Tierversuche
59
noch weiter fortzuführen, um die daraus gewonnenen vielversprechenden
Erkenntnisse in naher Zukunft auch auf den Menschen übertragen zu können.
60
7. Literaturverzeichnis
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67
8. Abkürzungsverzeichnis
°C Grad Celsius
CT Computertomografie
DAB Diaminobenzidin
in vivo im Lebenden
MDT Magnetisches Drug Targeting
MPS Mononukleäres
phagozytierendes System
MRX Magnetorelaxometrie
pH pondus hydrogenii
68
9. Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Jährliche Neuerkrankungs- und Sterbefälle sowie
altersstandardisierte Neuerkrankungs- und Sterberaten
(Europastandard) nach Geschlecht, Deutschland 1980 – 2004. (Robert
Koch Institut (2010) Krebs in Deutschland 2005/2006 – Häufigkeiten
und Trends: 156-164.) ............................................................................................. 8
Abbildung 2: Schematischer Aufbau eines Ferrofluides mit
Darstellung der ionischen Bindung an Mitoxantron. (Second Else
Kröner-Fresenius-Symposium: Nanomedicine – Basic and Clinical
Application in Diagnostics and Therapy. Universitätsklinikum
Erlangen, 3.-5. September 2010.) .......................................................................... 17
Abbildung 3: Apparatur zur Abschätzung des magnetischen Moments
der Nanopartikel. ................................................................................................... 18
Abbildung 4: Schematische Zeichnung des Arterien-Flussmodells.
(Lyer, S. (2009): Distribution of Magnetic Nanoparticles after
Magnetic Drug Targeting in an Ex Vivo Bovine Artery Model.
IFMBE Proceedings 25/VII: 484-487.) ................................................................. 20
Abbildung 5: Abhängigkeit der magnetischen Feldstärke von der
Entfernung zur Polschuhspitze eines Elektromagneten. ....................................... 21
Abbildung 6: Fotografische Darstellung des Arterien-Flussmodells. ................... 22
Abbildung 7: Ausschnittvergrößerung aus Abbildung 6 zur genaueren
Darstellung des Glasgefäßes mit innenliegender Arterie. ..................................... 22
Abbildung 8: Schematische Zeichnung des Arterienflussmodells. Die
Arterie wird in 11 Segmente zu je 1cm Länge geschnitten und nach
obenstehendem Schema nummeriert. i= Abstand von der
Polschuhspitze zur Außenwand der fokussierten Arterie. (Tietze R.,
Rahn H., Lyer S., Schreiber E., Mann J., Odenbach S., Alexiou C.
(2011): Visualization of superparamagnetic nanoparticles in vascular
tissue using XµCT and histology. Histochemistry and Cell Biology.
135: 153-158.) ....................................................................................................... 23
Abbildung 9: Beispielhafte Darstellung von Relaxationskurven der
SQUID-Messung. (Richter H., Wiekhorst F., Schwarz K., Lyer S.,
Tietze R., Alexiou C., Trahms L. (2009): Magnetorelaxometric
69
quantification of magnetic nanoparticles in an artery model after ex
vivo magnetic drug targeting. Physics in Medicine and Biology 54:
N417-N424.) .......................................................................................................... 26
Abbildung 10: Grundlegender Aufbau eines µ-CT Gerätes. (Rahn H.,
Gomez-Morilla I., Jurgons R., Alexiou C., Eberbeck D., Odenbach S.
(2009): Tomografic examination of nanoparticles used as drug
carriers. Journal of Magnetism and Magnetic Materials 321: 1517-
1520.) ..................................................................................................................... 28
Abbildung 11: Anlagerung der magnetischen Nanopartikel im
Glasgefäß während der Versuche unter Anwesenheit eines externen
Magnetfeldes. ........................................................................................................ 33
Abbildung 12: Darstellung der Partikelgrößenverteilung vor und nach
Magnetisierung an einer exemplarisch ausgewählten filtrierten
Partikelcharge (pink = Ursprüngliche Partikelgröße, blau = Größe der
Partikel nach der Magnetisierung)......................................................................... 35
Abbildung 13: Darstellung der Partikelgrößenverteilung vor und nach
Magnetisierung an einer exemplarisch ausgewählten unfiltrierten
Partikelcharge (pink = Ursprüngliche Partikelgröße, blau = Größe der
Partikel nach der Magnetisierung)......................................................................... 36
Abbildung 14: Zusammenfassender Vergleich des mittleren Gehaltes
an magnetischem Eisenoxid in den Arteriensegmenten -5 bis +5 bei
ungespülten Arterien unter Verwendung unfiltrierter Partikel mit den
Feldstärken 0T/m, 10T/m und 16T/m. .................................................................. 39
Abbildung 15: Gegenüberstellung des mittleren Gehaltes an
magnetischem Eisenoxid in den Segmenten -5 bis +5 unter der
Magnetfeldstärke 0T/m bei ungespülten Arterien mit unfiltrierten
Nanopartikeln sowie gespülten Arterien mit filtrierten Nanopartikeln.
(Es wurden 5 Experimente mit ungespülten Arterien und unfiltrierten
Partikeln sowie 5 Experimente mit gespülten Arterien und filtrierten
Partikeln durchgeführt.) ......................................................................................... 41
Abbildung 16: Gegenüberstellung des mittleren Gehaltes an
magnetischem Eisenoxid in den Segmenten -5 bis +5 unter der
Magnetfeldstärke 10T/m bei ungespülten Arterien mit unfiltrierten
Nanopartikeln sowie gespülten Arterien mit filtrierten Nanopartikeln.
(Es wurden 13 Experimente mit ungespülten Arterien und unfiltrierten
Partikeln sowie 12 Experimente mit gespülten Arterien und filtrierten
Partikeln durchgeführt.) ......................................................................................... 42
70
Abbildung 17: Gegenüberstellung des mittleren Gehaltes an
magnetischem Eisenoxid in den Segmenten -5 bis +5 unter der
Magnetfeldstärke 16T/m bei ungespülten Arterien mit unfiltrierten
Nanopartikeln sowie gespülten Arterien mit filtrierten Nanopartikeln.
(Es wurden 14 Experimente mit ungespülten Arterien und unfiltrierten
Partikeln sowie 12 Experimente mit gespülten Arterien und filtrierten
Partikeln durchgeführt.) ......................................................................................... 42
Abbildung 18: Zusammenfassender Vergleich des mittleren Gehaltes
an magnetischem Eisenoxid in den Arteriensegmenten -5 bis +5 bei
ungespülten Arterien unter Verwendung unfiltrierter Partikel mit den
Feldstärken 0T/m, 10T/m und 16T/m. .................................................................. 44
Abbildung 19: Zusammenfassender Vergleich des mittleren Gehaltes
an magnetischem Eisenoxid in den Arteriensegmenten -5 bis +5 bei
gespülten Arterien unter Verwendung filtrierter Partikel mit den
Feldstärken 0T/m, 10T/m und 16T/m. .................................................................. 44
Abbildung 20: Histologisches Schnittbild einer Arterie mit Berliner-
Blau-Färbung zum Nachweis von freiem Eisen. Die Pfeile markieren
die Ablagerung der magnetischen Nanopartikel im endoluminalen
Bereich der Arterie. 400-fache Vergrößerung. ...................................................... 45
Abbildung 21: Histologisches Schnittbild einer Arterie mit Berliner-
Blau-Färbung zum Nachweis von freiem Eisen. Die Pfeile markieren
die intrazelluläre Ablagerung von Eisen in einer exemplarisch
ausgewählten Endothelzelle. 1250-fache Vergrößerung. ...................................... 46
Abbildung 22: Histologisches Schnittbild einer Arterie nach
Magnetisation mit einer Feldstärke von 16T/m im Segment 0 mit
Berliner-Blau-Färbung. a) 25-fache Vergrößerung. b) 60-fache
Ausschnittvergrößerung aus Bild a mit Nachweis von freiem Eisen im
Bereich der Media der Arterienwand (weiße Pfeile). c) 200-fache
Vergrößerung. Die Pfeile zeigen die Ablagerung der Ferrofluide im
Bereich des Endothels. .......................................................................................... 46
Abbildung 23: Serie von µ-CT Schnittbildern des Arteriensegmentes
0, die zur besseren Kennzeichnung eingefärbt wurden. braun =
Gewebe, blau = Nanopartikel. Die Graustufen des umgebenden
Paraffins wurden digital entfernt. a) Äußere frontale Ansicht des
Arterienstückes. b) Longitudinalschnitt des Arteriensegmentes mit
Anreicherung der Nanopartikel am Endothel, in der Arterienwand
sowie in einem Seitenast. c) Subtraktionsbildgebung mit alleiniger
Darstellung der magnetischen Nanopartikel. ........................................................ 48
71
Abbildung 24: Bild eines µ-CT und korrepondierendes histologisches
Schnittbild. Die Pfeile markieren die Stelle im Arterienstück, von der
das histologische Schnittbild angefertigt wurde. Trotz insgesamt
hohem Eisengehalt im gesamten Arterienstück ist aufgrund der
Schnittebene im histologischen Bild kein freies Eisen nachweisbar..................... 49
Abbildung 25: Vergleichende Gegenüberstellung der Bilder aus dem
µ-CT sowie der korrespondierenden histologischen Schnittbilder aus
demselben Arteriensegment -3. a) – c) Histologische Schnittbilder
einer Arterie nach Magnetisation mit 16T/m im Segment -3 mit
Berliner-Blau-Färbung zum Nachweis von freiem Eisen. 25-fache
Vergrößerung. Die Pfeile markieren die Anlagerung von Eisen-Oxid
im Inneren der Arterie. d) – f) Korrespondierende µ-CT Bilder in
demselben Arteriensegment. Blau gefärbt zeigt sich die Anreicherung
von Nanopartikeln im Inneren der Arterie. Die Pfeile markieren ein
durch eine zu enge Ligatur nahezu vollständig okkludiertes
Endolumen ohne Partikelanreicherung mit konsekutivem Aufstau von
magnetischen Nanopartikeln im davorliegenden Bereich. .................................... 50
72
10. Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Auflistung aller für die Versuchsreihen verwendeten
Chemikalien und Stoffe mit Herstellern. ............................................................... 12
Tabelle 2: Auflistung aller für die Versuchsreihen verwendeten
Messgeräte mit Herstellern. ................................................................................... 15
Tabelle 3: Mittelwerte der Partikelgrößenmessung filtrierter und
unfiltrierter Chargen mit Standardabweichung. .................................................... 19
Tabelle 4: Übersicht über die durchgeführten Versuche und Anzahl
der Experimente je Versuchsanordnung. ............................................................... 32
Tabelle 5: Mittelwerte der Partikelgrößenmessung der unfiltrierten
und filtrierten Partikelchargen jeweils vor sowie nach Magnetisierung
im Arterienflussmodell. Dabei wurden 32 Experimente mit
unfiltrierten Partikeln ohne abschließende Spülung der Arterien sowie
29 Experimente mit filtrierten Partikeln und mit abschließender
Spülung der Arterien durchgeführt. ....................................................................... 34
Tabelle 6: Eisengehalt der unfiltrierten und filtrierten Partikelchargen
mit Angabe des Mittelwertes sowie der Standardabweichung. ............................. 37
73
11. Anhang
11.1 Arterienübersicht
Arterien-
nummerVersuch Spezifikation
Ferrofluid-
Charge
Wässern
1
Wässern
2
Ethanol
70%
Ethanol
90%
Isopropa
nolXylol 1 Xylol 2 Paraffin Partikelgröße Partikel-Charge
Eisengehalt
ChargeMRX µCT
Histol.
Auswertun
gRAB 0B1 19.08.2009 Negativkontrolle entfällt x x x x x x x x entfällt entfällt entfällt RAB0B1
RAB 001 19.08.2009 0A, filtriert, gespült Charge 1 x x x x x x x x Rückstand: 15,3% mit 193,5nm / 84,7% mit 795nmunfiltriert: 100% mit 19,8nm
filtriert: 100% mit 26,3nm5,04 mg/ml RAB001 x
RAB 002 20.08.2009 0A, filtriert, gespült Charge 1 x x x x x x x x
Rückstand: 16,3% mit 170,4nm / 83,7% mit 861,3nm
Überstand: 3,8% mit 100nm / 6,4% mit 401,8nm /
89,8% mit 3342,8nm
RAB002 x
RAB 003 25.08.2009 0A, filtriert, gespült Charge 2 x x x x x x x x
Rückstand: 5,4% mit 61,3nm / 10,6% mit 303,4nm /
84% mit 1210,2nm
Überstand: 99,9% mit 5,3nm / 0,1% it 634nm
unfiltriert: 72,1% mit 74,1nm / 27,9%
mit 188,2nm
filtriert: 60% mit 26,8nm / 36,8% mit
133,4nm / 3,2% mit 552,9nm
4,53 mg/ml RAB003 x
RAB 004 26.08.2009 0A, filtriert, gespült Charge 2 x x x x x x x x
Rückstand: 14,1% mit 216,6nm / 58,9% mit 990nm
Überstand: 7% mit 86nm / 2,7% mit 317,3nm / 90,4%
mit 1414,6nm
RAB004 x
RAB 005 27.08.2009 0A, filtriert, gespült Charge 2 x x x x x x x xRückstand: 18,8% mit 135,7nm / 81,2% mit 634nm
Überstand: 22,2% mit 94,3nm / 77,8% mit 631,2nm RAB005 x
RAB 006 02.09.2009 72A, filtriert, gespült Charge 3 x x x x x x x x Rückstand: 100% mit 21,7nm
unfiltriert: 59,5% mit 5,0nm / 40,5%
mit 20,2nm
filtriert: 62,2% mit 1,1nm / 29,8% mit
13,1nm / 8% mit 29,3nm
4,66 mg/ml RAB006 x
RAB 007 03.09.2009 72A, filtriert, gespült Charge 3 x x x x x x x xRückstand: 9,8% mit 11,2nm / 8,8% mit 43,3nm /
81,4% mit 242,4nmRAB007 x
RA 008 07.09.2009 36A, unfiltriert, ungespült Charge 4 x x x x x x x x Rückstand: 21,1% mit 20,4nm / 78,9% mit 103,2nmunfiltriert: 62,8% mit 7nm / 37,2% mit
29,5nm9,54 mg/ml RA008 x
RA 009 08.09.2009 36A, unfiltriert, ungespült Charge 4 x x x x x x x x Rückstand: 10,2% mit 22,7nm / 89,8% mit 95,8nm RA009 x
74
RA 010 09.09.2009 36A, unfiltriert, ungespült Charge 4 x x x x x x x x Rückstand: 28,2% mit 15,2nm / 71,8% mit 92,4nm RA010 x x
RA 011 15.09.2009 36A, unfiltriert, ungespült Charge 4 x x x x x x x x Rückstand: 17,1% mit 18nm / 82,9% mit 120nm RA011 x x
RA 012 16.09.2009 0A, unfiltriert, ungespült Charge 4 x x x x x x x x Rückstand: 15,3% mit 18,1nm / 84,7% mit 158,5nm RA012 x
RA 013 17.09.2009 0A, unfiltriert, ungespült Charge 4 x x x x x x x x Rückstand: 21,4% mit 25,6nm / 78,6% mit 148,1nm RA013 x
RA 014 21.09.2009 0A, unfiltriert, ungespült Charge 4 x x x x x x x x Rückstand: 4,6% mit 25,1nm / 95,4% mit 339,7nm RA014 x
RA 015 22.09.2009 0A, unfiltriert, ungespült Charge 4 x x x x x x x xRückstand: 97,9% mit 0,6nm / 0,3% mit 18,1nm /
1,7% mit 58,4nmRA015 x
RA 016 23.09.2009 0A, unfiltriert, ungespült Charge 4 x x x x x x x xRückstand: 98,2% mit 0,4nm / 0,2% mit 26,4nm /
1,6% mit 215nmRA016 x
RAB 008 24.09.2009 72A, filtriert, gespült Charge 5 x x x x x x x xRückstand: 99% mit 0,5nm / 0,1% mit 38,3nm / 0,9%
mit 204,4nm
unfiltriert: 64,5% mit 12,2nm / 35,5%
mit 27,4 nm
filtriert: 51,1% mit 6,9nm / 48,9% mit
23,9nm
4,20 mg/ml RAB008 x
RAB 009 28.09.2009 72A, filtriert, gespült Charge 5 x x x x x x x x
Rückstand: 14,6% mit 27,8nm / 85,4% mit 165,5nm
Überstand: 96,8% mit 0,8nm / 2,9% mit 2,3nm / 0,4%
mit 27,3nm
RAB009 x x
RAB 010 29.09.2009 72A, filtriert, gespült Charge 5 x x x x x x x xRückstand: 6,1% mit 34,6nm / 93,9% mit 348,5nm
Überstand: 24,3% mit 21,3nm / 75,7% mit 82,8nmRAB010 x
RAB 011 05.10.2009 72A, filtriert, gespült Charge 5x
(11 Tage!)x x x x x x x
Rückstand: 16,6% mit 38,7nm / 83,4% mit 192,9nm
Überstand: 95,8% mit 0,6nm / 4,1% mit 2,5nm / 0,1%
mit 192,9nm
RAB011 x
RAB 012 06.10.2009 72A, filtriert, gespült Charge 5x
(11 Tage!)x x x x x x x
Rückstand: 44,8% mit 2nm / 14,1% mit 38,4nm /
41,1% mit 208nm
Überstand: 99,1%mit 1,1nm / 0,3% mit 15,3nm /
RAB012 x
RAB 013 07.10.2009 72A, filtriert, gespült Charge 5 x x x x x x x xRückstand: 15,3% mit 34nm / 84,7% mit 164,9nm
Überstand: 99,8% mit 0,5nm / 0,2% mit 129,7nmRAB013 x
RAB 014 08.10.2009 72A, filtriert, gespült Charge 5 x x x x x x x x Rückstand: 14,7% mit 22,2nm / 85,3% mit 105,2nm RAB014 x
RA 017 02.11.2009 36A, unfiltriert, ungespült Charge 6 x x x x x x x xRückstand: 23,3% mit 6,7nm / 1,4% mit 6,9nm /
75,2% mit 80nm
unfiltriert: 99,9% mit 0,8nm/ 0,1% mit
18,5nm9,06 mg/ml RA017 x
RA 018 16.11.2009 36A, unfiltriert, ungespült Charge 6 x x x x x x x x Rückstand: 11,4% mit 15,1nm / 88,6% mit 86,5nm RA018 x
RA 019 30.11.2009 72A, unfiltriert, ungespült Charge 6 x x x x x x x x Rückstand: 4,1% mit 11,3nm / 95,9% mit 80,3nm RA019 x x
RA 020 07.12.2009 72A, unfiltriert, ungespült Charge 6 x x x x x x x x Rückstand: 21,9% mit 14nm / 78,1% mit 89,2nm RA020 x
RA 021 14.12.2009 72A, unfiltriert, ungespült Charge 6 x x x x x x x xRückstand: 8,8% mit 8,7nm / 2,8% mit 8,4nm / 88,4%
mit 80,5nmRA021 x x
75
RA 022 12.01.2010 72A, unfiltriert, ungespült Charge 6 x x x x x x x x Rückstand: 56,8% mit 5,1nm / 43,2% mit 80,2nm RA022 x x
RA 023 16.03.2010 72A, unfiltriert, ungespült Charge 7 x x x x x x x xRückstand: 23,7% mit 13nm / 5% mit 5,9nm / 71,3%
mit 80,4nm
unfiltriert: 72,2% mit 21,5nm / 27,8%
mit 64,8nm3,11 mg/ml RA023 x
RA 024 17.03.2010 36A, unfiltriert, ungespült Charge 7 x x x x x x x x Rückstand: 100% mit 80,3nm RA024 x
RA 025 18.03.2010 36A, unfiltriert, ungespült Charge 7 x x x x x x x x Rückstand: 23,7% mit 14,5nm / 76,3% mit 75,3nm RA025 x
RA 026 22.03.2010 36A, unfiltriert, ungespült Charge 7 x x x x x x x xRückstand: 10,9% mit 8,4nm / 1,7% mit 18,4nm /
87,4% mit 81,4nmRA026 x
RA 027 24.03.2010 36A, unfiltriert, ungespült Charge 7 x x x x x x x x Rückstand: 16,4% mit 18,1nm / 83,6% mit 99,2nm RA027 x
RAB 015 30.03.2010 72A, filtriert, gespült Charge 8 x x x x x x x x
Rückstand: 12,2% mit 14,5nm / 5,7% mit 13nm /
82,1% mit 81,3nm
Überstand: 13,3% mit 14,3nm / 86,7% mit 80,8nm
filtriert: 81,5% mit 15,6nm / 18,5% mit
31,4nm 4,05 mg/ml RAB015 x
RAB 016 06.04.2010 36A, filtriert, gespült Charge 8 x x x x x x x x
Rückstand: 54,4% mit 4nm / 4,1% mit 32,1nm / 41,5%
mit 81,2nm
Überstand: 5,1% mit 12,6nm / 9,8% mit 23,2nm / 85,1%
mit 81,3nm
RAB016 x
RAB 017 07.04.2010 36A, filtriert, gespült Charge 8 x x x x x x x xRückstand: 26,9% mit 16,5nm / 73,1% mit 100,8nm
Überstand: 26,6% mit 10,5nm / 73,4% mit 74,3nmRAB017 x
RAB 018 08.04.2010 36A, filtriert, gespült Charge 8 x x x x x x x x
Rückstand: 97,4% mit 0,8nm / 0,5% mit 31,1nm / 2,1%
mit 73,7nm
Überstand: 100% mit 4,9nm
RAB018 x
RAB 019 12.04.2010 36A, filtriert, gespült Charge 8 x x x x x x x xRückstand: 15,5% mit 24,5nm / 84,5% mit 80,7nm
Überstand: 84% mit 0,2nm / 16% mit 80,5nmRAB019 x x
RAB 020 14.04.2010 36A, filtriert, gespült Charge 8 x x x x x x x xRückstand: 41% mit 8,9nm / 59% mit 82,3nm
Überstand: 42,4% mit 12,1nm / 57,6% mit 80,8nmRAB020 x
RAB 021 15.04.2010 36A, filtriert, gespült Charge 8 x x x x x x x xRückstand: 15,8% mit 29,2nm / 84,2% mit 80,7nm
Überstand: 13,5% mit 17,9nm / 86,5% mit 80,8nmRAB021 x
RAB 022 26.04.2010 36A, filtriert, gespült Charge 8 x x x x x x x xRückstand: 14,8% mit 7,3nm / 58,2% mit 80,5nm
Überstand: 89,4% mit 3,4nm / 10,6% mit 80,5nmRAB022 x
RAB 023 27.04.2010 36A, filtriert, gespült Charge 8 x x x x x x x x
Rückstand: 100% mit 80,7nm
Überstand: 24,7% mit 13,3nm / 7,7% mit 13,5nm / 67,6%
mit 81,3nm
RAB023 x
RAB 024 28.04.2010 36A, filtriert, gespült Charge 8 x x x x x x x xRückstand: 21,1% mit 18,2nm / 78,9% mit 91,5nm
Überstand: 19,8% mit 11,3nm / 80,2% mit 80,7nmRAB024 x
RAB 025 04.05.2010 36A, filtriert, gespült Charge 8 x x x x x x x xRückstand: 86,3% mit 1,7nm / 13,7% mit 80,5nm
Überstand: 92,3% mit 1,7nm / 7,7% mit 80,4nmRAB025 x
RA 028 05.05.2010 72A, unfiltriert, ungespült Charge 4 x x x x x x x xRückstand: 8,5% mit 16,6nm / 4,7% mit 15,8nm / 86,8%
mmit 80,6nmRA028 x
76
RAB 026 27.10.2010 72A, filtriert, gespült Charge 9 x x x x x x x x
Rückstand: 12,1% mit 16,6nm / 8,5% mit 25,8nm / 79,5%
mit 81,3nm
Überstand: 20,2% mit 8,7nm / 79,8% mit 80,6nm
unfiltriert: 77,7% mit 0,7nm / 20,9% mit
10,1nm / 1,5% mit 21,1nm
filtriert: 55,2% mit 1,4nm / 44,8% mit
16,2nm
1,72 mg/ml x
RAB 027 28.10.2010 72A, filtriert, gespült Charge 9 x x x x x x x xRückstand: 14,8% mit 20,6nm / 85,2% mit 74,7nm
Überstand: 27,6% mit 14,3nm / 72,4% mit 79,8nmx
RAB 028 15.11.2010 36A, filtriert, gespült Charge 9 x x x x x x x x
Rückstand: 96,6% mit 18nm / 3,4% mit 72,7nm
Überstand: 11,1% mit 9,8nm / 5,1% mit 9,1nm / 83,8%
mit 80,8nm
x
RAB 029 16.11.2010 36A, filtriert, gespült Charge 9 x x x x x x x x
Rückstand: 90,3% mit 0,8nm / 1,9% mit 23,6nm / 7,8%
mit 83,9nm
Überstand: 38,4% mit 8,6nm / 61,6% mit 63,1nm
x
RA 029 17.11.2010 72A, unfiltriert, ungespült Charge 10 x x x x x x x x Rückstand: 99,7% mit 20nm / 0,3% mit 61nm 5,25 mg/ml x
RA 030 18.11.2010 72A, unfiltriert, ungespült Charge 10 x x x x x x x xRückstand: 37,2% mit 6,5nm / 2% mit 5,1nm / 60,8% mit
80,5nmx
RA 031 23.11.2010 36A, unfiltriert, ungespült Charge 10 x x x x x x x xRückstand: 92,6% mit 0,7nm / 3,9% mit 8,4nm / 3,5% mit
46,9nmx
RA 032 24.11.2010 36A, unfiltriert, ungespült Charge 10 x x x x x x x xRückstand: 99,5% mit 0,9nm / 0,8% mit 22,3nm / 3,8%
mit 82,8nm x
Farbgebung: Aug 09
Sep 09
Okt 2009-Feb 2010
März 2010-Mai 2010
Okt 2010-Dez 2010
77
11.2 Auswertung der Partikelgrößenmessung
Chargen unfiltriert
%1. Fraktion
[nm]%
2. Fraktion
[nm]%
3. Fraktion
[nm]
100 19,8
72,1 74,1 27,9 188,2
59,5 5 40,5 20,2
62,8 7 37,2 29,5
64,5 12,2 35,5 27,4
99,9 0,8 0,1 18,5
99,7 16,3 0,3 48,1
77,7 0,7 20,9 10,1 1,5 21,1
Mittelwert 7 30,9625 104,65
Standardabweichung 6,255557529 20,70320455 118,1575431
Summe 464,1 306,6 29,4
Prozent 58,01 38,32 3,67
Chargen filtriert
%1. Fraktion
[nm]%
2. Fraktion
[nm]%
3. Fraktion
[nm]
100 26,3
60 26,8 36,8 133,4 3,2 552,9
62,2 1,1 29,8 13,1 8 29,3
51,1 6,9 48,9 23,9
81,5 15,6 18,5 31,4
55,2 1,4 44,8 16,2
Mittelwert 10,36 40,71666667 291,1
Standardabweichung 10,90564074 45,8942008 370,2411106
Summe 310 278,8 11,2
Prozent 51,67 46,47 1,86
78
Rückstand (filtriert, gespült)
% Fraktion 1 [nm] % Fraktion 2 [nm] % Fraktion 3 [nm]
15,3 193,5 84,7 795
16,3 170,4 83,7 861,3
5,4 61,3 10,6 303,4 84 1210,2
14,1 216,6 58,9 990
18,8 135,7 81,2 634
100 21,79,8 11,2 8,8 43,3 81,4 242,4
14,6 27,8 85,4 165,5
6,1 34,6 93,9 348,5
16,6 38,7 83,4 192,9
44,8 2 14,1 38,4 41,1 208
15,3 34 84,7 164,9
14,7 22,2 85,3 105,2
12,2 14,5 5,7 13 82,1 81,3
54,4 4 4,1 32,1 41,5 81,2
26,9 16,5 73,1 100,8
100 80,7
15,5 24,5 84,5 80,7
41 8,9 59 82,3
15,8 29,2 84,2 80,7
24,8 7,3 75,2 80,5
96,6 18 3,4 72,7
21,1 18,2 78,9 91,5
14,8 20,6 85,2 74,7
12,1 16,6 8,5 25,8 79,5 81,3
Mittelwert 21,59 120,575 518,47
Standardabweichung 13,74779982 85,12288432 428,7223786
Summe 431,8 2893,8 5184,7
Prozent 5,09 34 60,93
* 86,3 1,7 13,7 80,5
* 90,3 0,8 1,9 23,6 7,8 83,9
* 97,4 0,8 0,5 31,1 2,1 73,7
* Messfehler, da die Partikel durch Agglomeration während der Messung (20 Minuten) auf den
Boden der Küvette gesunken sind und somit vom Messgerät nicht detektiert werden konnten.
79
Rückstand (unfiltriert,
ungespült)
% Fraktion 1 [nm] % Fraktion 2 [nm] % Fraktion 3 [nm]
21,1 20,4 78,9 103,2
10,2 22,7 89,8 95,8
28,2 15,2 71,8 92,4
17,1 18 82,9 120
15,3 18,1 84,7 158,5
21,4 25,6 78,6 148,1
4,6 25,1 95,4 339,7
23,3 6,7 1,4 6,9 75,2 80
11,4 15,1 88,6 86,5
4,1 11,3 95,9 80,3
21,9 14 78,1 89,2
8,8 8,7 2,8 8,4 88,4 80,5
56,8 5,1 43,2 80,2
5 5,9 23,7 13 71,3 80,4
23,7 14,5 76,3 75,3
10,9 8,4 1,7 18,4 87,4 81,4
16,4 18,1 83,6 99,2
8,5 16,6 4,7 15,8 86,8 80,6
99,7 20 0,3 61
37,2 6,5 2 5,1 60,8 80,5
Mittelwert 8,271428571 19,295 106,9789474
Standardabweichung 3,891321235 15,34945482 61,39031392
Summe 57,9 385,9 2032,6
Prozent 2,34 15,59 82,07
* 99 0,5 0,1 38,3 0,9 204,4
* 99,5 0,9 0,8 22,3 3,8 82,8
* 92,6 0,7 3,9 8,4 3,5 46,9
* 98,2 0,4 0,2 26,4 1,6 215
* 97,9 0,6 0,3 18,1 1,7 58,4
* Messfehler, da die Partikel durch Agglomeration während der Messung (20 Minuten) auf den
Boden der Küvette gesunken sind und somit vom Messgerät nicht detektiert werden konnten.
80
Überstand (filtriert, gespült)
% Fraktion 1 [nm] % Fraktion 2 [nm] % Fraktion 3 [nm]
3,8 100 6,4 401,8 98,8 3342,8
7 86 2,7 317,3 90,4 1414,6
22,2 94,3 77,8 631,2
24,3 21,3 75,7 82,2
13,3 14,3 86,7 80,8
5,1 12,6 9,8 23,3 85,1 81,3
26,6 10,5 73,4 74,3
42,4 12,1 57,6 80,8
13,5 17,9 86,5 80,8
24,7 13,3 7,7 13,5 67,6 81,3
19,8 11,3 80,2 80,7
20,2 8,7 79,8 80,6
27,6 14,3 72,4 79,8
11,1 9,8 5,1 9,1 83,8 80,8
38,4 8,6 61,6 63,1
Mittelwert 29 139,9533333 1000,16
Standardabweichung 33,61787365 173,7735878 1431,219139
Summe 435 2099,3 5000,8
Prozent 5,8 27,8 66,4
* 89,4 3,4 10,6 80,5
* 100 4,9
* 84 0,2 16 80,5
* 95,8 0,6 4,1 2,5 0,1 192,9
* 99,9 5,3 0,1 634
* 99,1 1,1 0,3 15,3 0,6 54,2
* 99,8 0,5 0,2 129,7
* 96,8 0,8 2,9 2,3 0,4 27,3
* 92,3 1,7 7,7 80,4
* Messfehler, da die Partikel durch Agglomeration während der Messung (20 Minuten) auf den
Boden der Küvette gesunken sind und somit vom Messgerät nicht detektiert werden konnten.
81
11.3 Auswertung der Eisenbestimmung
08. Aug 11Biochrom Ltd.
13:36:35
Sulfosalicylsaeure Fe
Instrument nanotechnologie
Anwender Schreiber
Datum 01. Sep 09
Zeit 12:29:16
Zubehör 8-fach Küvettenwechsler
Wellenlänge 424 nm
Konzentration µg/ml Absorption
1 3,94 0,392
2 7,88 0,816
3 11,82 1,23
4 15,76 1,641
5 23,64 2,445
Ergebnis [mg/ml]
Charge 1 6,303088803 0,653 5,04
Charge 2 2,268339768 0,235 50ml!! 5,675 4,536
Charge 3 2,326254826 0,241 50ml!! 5,825 4,66
Charge 5 5,250965251 0,544 4,2
y = 0,1036xR² = 0,9998
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 10 20 30
Ex
tin
kti
on
be
i 4
24
nm
Konzentration (µg/ml]
Eisenbestimmung
Datenreihen1
82
08. Aug 11Biochrom Ltd.
13:38:18
Absorption
Instrument nanotechnologie
Anwender Schreiber
Datum 18. Jan 10
Zeit 16:19:05
Zubehör 8-fach Küvettenwechsler
Wellenlänge 424 nm
Konzentration µg/ml Absorption
1 3,4921 0,156
2 6,9842 0,307
3 10,4763 0,618
4 13,9684 0,918
5 17,4605 1,222
Ergebnis [mg/ml]
Charge 4 10,9287 0,706 8,74
Charge 6 10,3869 0,671 8,31
y = 0,0646xR² = 0,9499
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
0 5 10 15 20
Exti
nkti
on
bei
424n
m
Konzentration [µg/ml]
Eisenbestimmung
Datenreihen1
83
08. Aug 11Biochrom Ltd.
13:38:43
Absorption
Instrument nanotechnologie
Anwender Schreiber
Datum 18. Jan 10
Zeit 16:19:05
Zubehör 8-fach Küvettenwechsler
Wellenlänge 424 nm
Konzentration µg/ml Absorption
1 3,6325 0,124
2 7,265 0,275
3 10,8975 0,569
4 14,53 0,888
5 18,1625 0,752
Ergebnis [mg/ml]
Charge 7 12,4536 0,604 9,96
Charge 8 16,1856 0,785 12,95
y = 0,0485xR² = 0,8518
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
0 5 10 15 20
Exti
nkti
on
bei
424n
m
Konzentration [µg/ml]
Eisenbestimmung
ADk
Linear (ADk)
84
08. Aug 11Biochrom Ltd.
Sulfosalicylsaeure Fe
Instrument nanotechnologie
Anwender Schreiber
Datum 01. Sep 09
Zeit 12:29:16
Zubehör 8-fach Küvettenwechsler
Wellenlänge 424 nm
Konzentration µg/ml Absorption
1 0,028 0,148
2 0,056 0,291
3 0,113 0,668
4 0,169 0,902
5 0,226 1,202
Ergebnis [mg/ml]
Charge 9 0,71 0,13135 5,254
y = 5,3985xR² = 0,9948
0,000
0,200
0,400
0,600
0,800
1,000
1,200
1,400
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25
Exti
nkti
on
bei
424n
m
Konzentration [µg/ml]
Eisenbestimmung
85
11.4 Auswertung der MRX-Messungen
ID file preparation N m_abs(μg) Sum m_abs(μg) % of applied
Applied MNP (μg) 16 T/m 171,4 2,7
6300
pumped,
flushed
delta 0,06 0,9
1 F2_rab013002 rab013 -5 0,12 1,9 0,0
2 F3_rab013004 rab013 -4 0,6 9,4 0,1
3 F4_rab013006 rab013 -3 0,24 3,8 0,1
4 F5_rab013008 rab013 -2 1,13 17,7 0,3
5 F6_rab013010 rab013 -1 2,2 34,5 0,5
6 F7_rab013012 rab013 0 4,14 65,0 1,0
7 F8_rab013014 rab013 1 1,64 25,7 0,4
8 F9_rab013016 rab013 2 0,15 2,4 0,0
9 F10_rab013018 rab013 3 0,34 5,3 0,1
10 F11_rab013020 rab013 4 0,18 2,8 0,0
11 F12_rab013022 rab013 5 0,18 2,8 0,0
12 Ref 5
Ref 1:10, 25
ul, immob. 1 15,7
25 μl Ref-> m(Fe) (mg)
0,0157
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
m_
ab
s/u
g
sections
RAB013
Dat…
86
ID file preparation N m_abs(μg) Sum m_abs(μg) % of applied
Applied MNP (μg) 10 T/m 10,8 0,2
6300
pumped,
flushed
delta 0,06 0,9
1 F2_rab022002 rab022 -5 0 0,0 0,0
2 F3_rab022004 rab022 -4 0 0,0 0,0
3 F4_rab022006 rab022 -3 0 0,0 0,0
4 F5_rab022008 rab022 -2 0,12 1,9 0,0
5 F6_rab022010 rab022 -1 0,12 1,9 0,0
6 F7_rab022012 rab022 0 0,14 2,2 0,0
7 F8_rab022014 rab022 1 0,13 2,0 0,0
8 F9_rab022016 rab022 2 0,11 1,7 0,0
9 F10_rab022018 rab022 3 0,00 0,0 0,0
10 F11_rab022020 rab022 4 0 0,0 0,0
11 F12_rab022022 rab022 5 0,07 1,1 0,0
12 Ref 8
Ref 1:10, 25
ul, immob. 1 15,7
25 μl Ref-> m(Fe) (mg)
0,0157
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
m_
ab
s/u
g
sections
RAB022
Dat…
87
ID file preparation N m_abs(μg) Sum m_abs(μg)% of applied
Applied MNP (μg) 0 T/m 6,6 0,1
6300 pumped
delta 0,03 0,5
1 F2_ra013002 ra013 -5 0,06 0,9 0,0
2 F3_ra013004 ra013 -4 0,05 0,8 0,0
3 F4_ra013006 ra013 -3 0,04 0,6 0,0
4 F5_ra013008 ra013 -2 0,06 0,9 0,0
5 F6_ra013010 ra013 -1 0 0,0 0,0
6 F7_ra013012 ra013 0 0,1 1,6 0,0
7 F8_ra013014 ra013 1 0,05 0,8 0,0
8 F9_ra013016 ra013 2 0,03 0,5 0,0
9 F10_ra013018 ra013 3 0 0,0 0,0
10 F11_ra013020 ra013 4 0 0,0 0,0
11 F12_ra013022 ra013 5 0,03 0,5 0,0
12 Ref 6
Ref 1:10, 25 ul,
immob. 1 15,7
25 μl Ref-> m(Fe) (mg)
0,0157
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
1,4
1,6
1,8
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
m_
ab
s/u
g
sections
RA013
Dat…
88
ID file preparation N m_abs(μg) Sum m_abs(μg)% of applied
Applied MNP (μg) 16 T/m 266,9 3,8
6300 pumped
delta 0,03 0,5
1 F2_ra019002 ra019 -5 0,15 2,4 0,0
2 F3_ra019004 ra019 -4 0,17 2,7 0,0
3 F4_ra019006 ra019 -3 0,16 2,5 0,0
4 F5_ra019008 ra019 -2 0,24 3,8 0,1
5 F6_ra019010 ra019 -1 3,57 56,0 0,8
6 F7_ra019012 ra019 0 5,8 91,1 1,3
7 F8_ra019014 ra019 1 3,66 57,5 0,8
8 F9_ra019016 ra019 2 0,71 11,1 0,2
9 F10_ra019018 ra019 3 1,22 19,2 0,3
10 F11_ra019020 ra019 4 0,77 12,1 0,2
11 F12_ra019022 ra019 5 0,55 8,6 0,1
12 Ref 6
Ref 1:10, 25
ul, immob. 1 15,7
25 μl Ref-> m(Fe) (mg)
0,0157
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
100,0
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
m_
ab
s/u
g
sections
RA019
Dat…
89
ID file preparation N m_abs(μg) Sum m_abs(μg)% of applied
Applied MNP (μg) 10 T/m 9,6 0,1
6300 pumped
delta 0,03 0,5
1 F2_ra026002 ra026 -5 0,03 0,5 0,0
2 F3_ra026004 ra026 -4 0,03 0,5 0,0
3 F4_ra026006 ra026 -3 0 0,0 0,0
4 F5_ra026008 ra026 -2 0,03 0,5 0,0
5 F6_ra026010 ra026 -1 0,15 2,4 0,0
6 F7_ra026012 ra026 0 0,2 3,1 0,0
7 F8_ra026014 ra026 1 0,08 1,3 0,0
8 F9_ra026016 ra026 2 0,04 0,6 0,0
9 F10_ra026018 ra026 3 0,05 0,8 0,0
10 F11_ra026020 ra026 4 0 0,0 0,0
11 F12_ra026022 ra026 5 0 0,0 0,0
12 Ref 7
Ref 1:10, 25
ul, immob. 1 15,7
25 μl Ref-> m(Fe) (mg)
0,0157
0,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
m_
ab
s/u
g
sections
RA026
Dat…
90
Ungespülte Arterien mit unfiltrierten Partikeln
RA001 RA003 RA004 RA005 RA019 RA020 RA021 RA022 RA023 RA028 RA029 RA030
m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg)
Paraffin 0,320 0,471 0,5 0,471 0,5 0,471 0,471 0,000 0,000
-5 2,24 2,56 6,08 7,36 2,36 5,34 4,08 9,73 6,28 2,98 6,5835 0,000
-4 3,20 2,24 5,44 8,64 2,67 3,61 174,27 2,36 2,51 2,67 7,938 1,717
-3 5,44 1,92 6,40 35,84 2,51 21,35 1,26 7,22 0,63 12,09 10,773 1,859
-2 15,04 4,80 9,28 62,40 3,77 9,89 1,41 13,19 1,10 14,60 19,19925 2,567
-1 17,28 20,48 23,36 64,96 56,05 70,65 3,45 84,78 1,73 12,09 114,54975 7,198
0 24,64 18,56 165,76 175,68 91,06 45,53 1,41 13,19 1,41 15,70 78,561 6,426
1 27,52 7,36 80,32 78,72 57,46 222,94 1,26 20,88 0,79 17,43 189,63 3,670
2 9,92 1,60 7,04 30,40 11,15 32,81 1,41 329,70 0,47 10,99 74,655 3,560
3 8,64 2,56 3,20 16,96 19,15 15,39 1,88 47,10 0,63 2,04 11,97 3,733
4 7,68 1,92 4,16 16,32 12,09 65,63 1,26 21,20 0,47 3,14 10,12725 1,969
5 6,72 2,88 2,24 8,00 8,64 28,89 0,79 16,01 0,63 1,26 6,66225 2,048
Gesamt
abgelagert128,320 66,880 313,280 505,280 266,900 522,025 192,482 565,357 16,642 94,985 530,649 34,745
72A
16T/m
Mittelwerte StabW SEM n
m_abs(μg) m_abs(μg)
4,63 2,73 0,789 12
18,11 49,23 14,212 12
8,94 10,36 2,992 12
13,10 16,64 4,804 12
39,71 37,19 10,735 12
53,16 62,07 17,918 12
59,00 74,72 21,569 12
42,81 92,78 26,784 12
11,10 13,10 3,781 12
12,16 18,07 5,216 12
7,06 8,20 2,369 12
269,795
91
RA006 RA008 RA009 RA010 RA011 RA017 RA018 RA024 RA025 RA026 RA027 RA031 RA032 Mittelwerte
m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg)
Paraffin 0,320 0,200 0,200 0,200 0,200 0,471 0,471 0,471 0,471 0,471 0,471 0,471 0,471
-5 1,600 0,300 1,600 1,300 1,000 16,485 8,635 0,000 0,000 0,471 0,000 0 0 2,415
-4 1,600 0,700 1,600 1,000 1,200 4,396 2,041 3,297 0,628 0,471 0,471 0,504 2,331 1,557
-3 2,240 1,000 2,100 1,100 0,800 33,284 1,413 0,628 0,628 0,000 0,000 22,995 2,78775 5,306
-2 1,600 1,400 3,800 2,000 6,700 10,676 1,570 0,000 0,471 0,471 0,628 6,678 3,402 3,030
-1 2,880 2,200 4,600 5,500 11,300 4,239 2,198 0,000 0,628 2,355 0,471 24,8535 0,882 4,777
0 2,560 2,000 3,700 5,200 10,700 9,734 4,239 0,471 0,942 3,140 0,785 20,2545 3,6855 5,185
1 1,600 1,900 18,100 12,700 5,700 15,543 2,512 0,000 0,942 1,256 0,942 28,9485 4,11075 7,250
2 1,280 1,900 6,000 10,600 7,500 9,891 4,082 0,471 0,628 0,628 0,471 6,34725 5,84325 4,280
3 1,280 4,100 6,900 1,800 5,500 7,536 3,611 0,000 0,000 0,785 0,000 16,821 6,9615 4,253
4 0,640 1,100 4,900 1,500 2,700 4,867 4,396 0,000 0,000 0,000 0,000 5,7015 2,25225 2,158
5 0,640 1,400 6,900 1,300 2,700 2,512 1,727 1,570 1,570 0,000 0,000 12,8205 2,75625 2,761
Ablagerung
gesamt17,9 18,0 60,2 44,0 55,8 119,2 36,4 6,4 6,4 9,6 3,8 145,9 35,0 43,0
36A
10T/m
StabW SEM n
m_abs(μg)
4,819 1,336 13
1,205 0,334 13
10,382 2,879 13
3,187 0,884 13
6,727 1,866 13
5,510 1,528 13
8,899 2,468 13
3,673 1,019 13
4,710 1,306 13
2,145 0,595 13
3,488 0,968 13
92
RA012 RA013 RA014 RA015 RA016
m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg)
Paraffin 0,500 0,471 0,471 0,471 0,471
-5 1,413 0,942 8,164 0,000 0,471 2,198 1,510
-4 0,471 0,785 0,942 0,000 0,942 0,628 0,179
-3 0,471 0,628 0,942 0,785 0,785 0,722 0,080
-2 1,884 0,942 0,471 0,000 0,000 0,659 0,352
-1 0,628 0,000 1,256 0,000 0,000 0,377 0,251
0 0,000 1,570 2,512 0,000 0,471 0,911 0,492
1 0,000 0,785 0,471 0,785 0,785 0,565 0,154
2 0,000 0,471 2,355 0,000 0,000 0,565 0,457
3 0,471 0,000 0,000 0,785 0,000 0,251 0,162
4 0,000 0,000 0,628 0,471 0,628 0,345 0,144
5 0,471 0,471 0,471 0,785 0,785 0,597 0,077
Abgelagert
gesamt5,809 6,594 18,212 3,611 4,867 7,819
Mittlewert SEM
0A
0T/m
93
Zusammenfassung
0T/m (0A) 10T/m (36A) 16T/m (72A)
Mittelwerte Mittelwerte Mittelwerte
m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg)
-5 2,198 1,510 2,415 1,336 4,633 0,789
-4 0,628 0,179 1,557 0,334 18,105 14,212
-3 0,722 0,080 5,306 2,879 8,941 2,992
-2 0,659 0,352 3,030 0,884 13,104 4,804 0,002340
-1 0,377 0,251 4,777 1,866 39,715 10,735 0,000108
0 0,911 0,492 5,185 1,528 53,161 17,918 0,001444
1 0,565 0,154 7,250 2,468 58,998 21,569
2 0,565 0,457 4,280 1,019 42,809 26,784
3 0,251 0,162 4,253 1,306 11,105 3,781
4 0,345 0,144 2,158 0,595 12,163 5,216
5 0,597 0,077 2,761 0,968 7,063 2,369
Ablagerung
gesamt7,82 42,97 269,80
Ablagerung
gesamt
Ablagerung
gesamt %0,12 0,68
% von
gesamt
abgelagert
4,28
% von
gesamt
abgelagert
Ablagerung
gesamt %
Appliziert
Abgelagert
von
-2 bis +2
3,08 24,52
57,07
207,79
77,02
Abgelagert
von
-2 bis +2
6300
Abgelagert
von
-2 bis +2 (%)
0,049 0,39 3,30
Abgelagert
von
-2 bis +2 (%)
SEMParaffin
SEMSEM
T-Test 10T/m - 16T/m
T-Test 0T/m - 10T/m
T-Test 0T/m - 16T/m
94
Gespülte Arterien mit filtrierten Partikeln
RAB006 RAB007 RAB008 RAB009 RAB010 RAB011 RAB012 RAB013 RAB014 RAB015 RAB026 RAB027
m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg)
Paraffin 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,94 0,00 0,00
-5 1,57 2,04 0,94 0,94 0,00 1,10 3,14 1,88 2,36 3,45 52,49475 4,70925
-4 2,98 1,57 1,41 1,57 0,00 1,57 1,73 9,42 3,93 5,65 29,37375 5,8905
-3 2,51 1,57 1,57 1,88 1,41 1,26 1,88 3,77 9,58 12,40 23,07375 9,009
-2 4,40 1,73 1,41 1,88 1,57 0,94 2,67 17,74 3,30 411,34 16,2855 3,98475
-1 122,46 5,81 2,20 10,05 2,98 3,45 2,51 34,54 3,61 188,40 88,46775 5,65425
0 135,18 7,85 1,73 16,33 6,28 6,59 4,87 65,00 13,35 21,04 40,0365 7,22925
1 5,18 3,93 1,57 17,90 5,81 2,67 4,24 25,75 8,32 10,52 7,85925 6,615
2 2,51 2,04 1,41 10,21 1,73 1,10 1,88 2,36 2,51 18,84 25,94025 3,024
3 1,41 17,58 0,00 3,14 2,04 2,04 2,04 5,34 1,57 32,97 8,2845 3,3705
4 1,73 2,36 0,00 2,04 1,41 1,10 0,94 2,83 1,26 8,64 5,6385 6,97725
5 2,83 2,51 0,00 3,93 1,88 0,00 1,57 2,83 1,10 14,29 4,67775 3,7485Abgelagert
gesamt 282,8 49,0 12,2 69,9 25,1 21,8 27,5 171,4 50,9 727,5 302,1 60,2
Abgelagert
gesamt in % 4,5 0,8 0,2 1,1 0,4 0,3 0,4 2,7 0,8 11,5 4,8 1,0
16T/m
72A
95
Mittelwert StABW SEM n
m_abs(μg) m_abs(μg)
6,22 14,63 4,223 12
5,42 7,99 2,306 12
5,83 6,66 1,922 12
38,94 117,42 33,895 12
39,18 61,28 17,689 12
27,12 38,59 11,141 12
8,36 6,96 2,010 12
6,13 8,10 2,339 12
6,65 9,54 2,754 12
2,91 2,69 0,778 12
3,28 3,76 1,087 12
150,038708
150,04
96
RAB016 RAB017 RAB018 RAB019 RAB020 RAB021 RAB022 RAB023 RAB024 RAB025 RAB028 RAB029
m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg)
Paraffin 0,942 0,942 0,942 0,942 0,942 0,942 0,942 0,942 0,942 0,942 0 0
-5 1,099 0,942 5,652 3,454 3,14 0 0 0 0 0 6,93 3,0555
-4 0 6,594 1,413 32,185 1,413 0 0 0 0 0 4,9455 3,906
-3 0 8,792 1,57 262,19 1,727 1,099 0 0 0 0 6,993 10,72575
-2 0 5,652 1,413 3,768 3,611 0 1,884 1,413 0 0 5,6385 24,6645
-1 0 2,198 1,413 4,867 3,768 1,099 1,884 5,338 1,413 0 3,591 21,735
0 0 1,413 1,099 2,983 2,983 1,727 2,198 2,198 1,884 2,355 8,7885 28,161
1 1,099 1,884 1,099 2,983 3,297 0 2,041 1,099 2,041 1,884 13,167 39,312
2 1,884 1,727 0 5,181 5,338 0 1,727 0 2,355 0 7,0875 22,63275
3 1,727 1,099 0 4,553 2,983 0 0 1,099 1,413 0 1,638 31,73625
4 0,0 1,6 0,0 3,0 13,5 0,0 0,0 29,8 0,0 0,0 6,426 32,949
5 0,0 0,0 0,9 0,0 1,9 0,0 1,1 1,3 0,0 0,0 0 11,82825Abgelagert
gesamt 5,8 31,9 14,6 325,1 43,6 3,9 10,8 42,2 9,1 4,2 65,2 230,7
10T/m
36A
97
Mittelwert
STA
B SEM n
m_abs(μg) m_abs(μg)
2,02 2,41 0,697 12
4,20 9,10 2,627 12
24,42 74,97 21,643 12
4,00 6,84 1,974 12
3,94 5,87 1,694 12
4,65 7,71 2,225 12
5,83 11,08 3,198 12
3,99 6,33 1,829 12
3,85 8,89 2,565 12
7,27 11,97 3,455 12
1,42 3,34 0,965 12
65,610083
98
RAB001 RAB002 RAB003 RAB004 RAB005 Mittelwert SEM n
m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg)
Paraffin 0,9 0,9 0,9 0,9 0,9
-5 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,000 0,000 5
-4 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,000 0,000 5
-3 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,000 0,000 5
-2 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,000 0,000 5
-1 0,00 0,00 0,00 0,94 0,00 0,188 0,188 5
0 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,000 0,000 5
1 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,000 0,000 5
2 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,000 0,000 5
3 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,000 0,000 5
4 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,000 0,000 5
5 0,00 0,00 0,00 2,67 0,00 0,534 0,534 5
Abgelagert
gesamt 0,00 0,00 0,00 3,61 0,00 0,7222
0A
0T/m
99
Zusammenfassung
0T/m (0A) 10T/m (36A) 16T/m (72A)Mittelwert SEM Mittelwert SEM Mittelwert SEM
m_abs(μg) m_abs(μg) m_abs(μg)
Paraffin
-5 0,00 0,00 2,02 0,70 6,22 4,22
-4 0,00 0,00 4,20 2,63 5,42 2,31
-3 0,00 0,00 24,42 21,64 5,83 1,92
-2 0,00 0,00 4,00 1,97 38,94 33,90 0,077
-1 0,19 0,19 3,94 1,69 39,18 17,69 0,005905
0 0,00 0,00 4,65 2,23 27,12 11,14 0,004980
1 0,00 0,00 5,83 3,20 8,36 2,01
2 0,00 0,00 3,99 1,83 6,13 2,34
3 0,00 0,00 3,85 2,57 6,65 2,75
4 0,00 0,00 7,27 3,46 2,91 0,78
5 0,53 0,53 1,42 0,97 3,28 1,09
Ablagerung
gesamt0,72 65,61 150,04
Ablagerung
gesamt
Ablagerung
gesamt %0,01 1,04 2,38
Ablagerung
gesamt %
Appliziert
Abgelagert von
-2 bis +20,19 22,41
34,16119,73
79,80Abgelagert von
-2 bis +2
6300Abgelagert von
-2 bis +2 (%)0,003 0,36 1,90
Abgelagert von
-2 bis +2 (%)
T-Test 10T/m - 16T/m
T-Test 0T/m - 10T/m
T-Test 0T/m - 16T/m
100
12. Danksagung
Mein Dank gilt Allen, die mich bei der Durchführung der Versuche, der
Auswertung und dem Schreiben der Arbeit unterstützt und somit zum Gelingen
dieser Arbeit beigetragen haben.
Zunächst möchte ich Prof. Dr. med. Heinrich Iro für die Möglichkeit zur
Durchführung meiner Doktorarbeit an der von ihm geleiteten Klinik danken.
Außerdem danke ich meinem Doktorvater Prof. Dr. med. Christoph Alexiou für
die Möglichkeit zur Durchführung dieser Arbeit in der von ihm geleiteten
Arbeitsgruppe und die stets gute Zusammenarbeit und Betreuung.
Besonderer Dank gilt meinem Betreuer Dr. rer. nat. Rainer Tietze für seine
zuverlässige Unterstützung in allen Phasen dieser Arbeit und für die konstruktiven
Vorschläge und die vielen Denkanstöße bei der Überarbeitung des Manuskripts.
Ganz herzlich möchte ich auch meiner gesamten Arbeitsgruppe danken, die mir
stets bei der Durchführung und Auswertung der Versuche mit Rat und Tat zur
Seite stand, immer ein offenes Ohr für Probleme aller Art hatte und so ein
wirklich gutes Arbeitsklima geschaffen hat. Dr. rer. nat. Stefan Lyer danke ich
besonders für die Hilfe bei der Auswertung der µ-CT, Jenny Mann danke ich für
die Unterstützung in der Histologie und Eveline Schreiber für die Hilfe bei
Problemen aller Art, vor allem aber bei Tätigkeiten im Labor. Gabriele Nepf
danke ich für die wertvolle Mitarbeit in den letzten Monaten und Dr. med.
Stephan Dürr für die netten Gespräche.
Ich danke dem Schlachthof Erlangen, vor allem Dr. Mircea Buda, Dr. Gerhard
Schaller, Dr. Walter Wolf, Frau Petra Fischer und allen Fleischbeschauern, für die
freundliche Bereitstellung der Arterien.
Darüber hinaus danke ich unseren Kooperationspartnern bei der Physikalisch-
Technischen Bundesanstalt in Berlin für die Durchführung der MRX-Messungen,
besonders Dr. Lutz Trahms, Dr. Frank Wiekhorst und Dr. Heike Richter.
101
Außerdem möchte ich den Kooperationspartnern am Lehrstuhl für
Magnetofluiddynamik der Technischen Universität Dresden für die Durchführung
der µ-CT Messungen danken, insbesondere Prof. Dr. Stefan Odenbach und Dipl.-
Ing. Helena Rahn.
Für die Auswertung der MRX-Ergebnisse mit PASW danke ich Prof. Dr.-Ing.
Micheal Döllinger recht herzlich.
Allen meinen Freunden danke ich von ganzem Herzen für die wertvolle
moralische und seelische Unterstützung auch in schwierigen Zeiten und für die
konstruktiven Gespräche und Hilfestellungen. Fabian Ammon danke ich dafür,
dass er auch in schwierigen Zeiten immer für mich da war und sich alle Probleme
und Erfolge meiner Arbeit stets geduldig angehört hat. Karolin Kempf danke ich
besonders für die langen und fruchtbaren Unterhaltungen, die zu so manchem
Denkanstoß führten sowie für die grenzenlose Motivation. Jessica Kliem danke
ich für das Korrekturlesen der Arbeit. Melanie Müller möchte ich herzlich für die
häufigen aufbauenden Gespräche, die gute moralische Unterstützung und die
wertvollen Hinweise zur Ausgestaltung der Arbeit danken.
Mein äußerster Dank gilt zuletzt meinen Eltern und meiner ganzen Familie, die
mich bei der Erstellung dieser Arbeit sowie im gesamten Medizinstudium stets
voll unterstützt haben, immer ein offenes Ohr für alle anfallenden Probleme hatten
und somit das Gelingen dieser Arbeit erst ermöglicht haben.
Erklärung
Hiermit erkläre ich, dass ich die vorliegende Arbeit selbständig verfasst und keine
anderen, als die von mir angegebenen Quellen und Hilfsmittel verwendet habe.
Alle Stellen der Arbeit, die aus anderen Werken dem Wortlaut oder dem Sinn
nach entnommen worden sind, wurden eindeutig unter Angabe der Quellen als
Entlehnung gekennzeichnet.
_________________________________
Biancamaria Beck, Erlangen den 06. Januar 2013
Lebenslauf
Persönliche Daten
Name Biancamaria Beck
Geburtsdatum 05.08.1987
Geburtsort Bayreuth
Familienstand ledig
Religion römisch-katholisch
Schulausbildung
1993-1997 Volksschule Marktschorgast
1997-2006 Gymnasium in Kulmbach, Abschluss: Abitur, Note 1,1
Hochschulausbildung
seit 2006 Studium der Humanmedizin an der Friedrich-
Alexander- Universität Erlangen-Nürnberg
September 2008 Physikum, Gesamtnote „gut“
Promotion
seit 2009 „Verteilung magnetischer Nanopartikel in einem
Arterienströmungsmodell in Abhängigkeit der
Magnetfeldstärke und der Partikelgröße – Vorarbeiten
für das Magnetische Durg argeting“,
Betreuer Prof. Dr. Alexiou,
HNO-Klinik Erlangen
Famulaturen
19.02.2009-23.03.2009 Kardiologie-Zentrum Dr. med. Hornig, Bayreuth
15.03.2010-16.04.2010 Prof. Dr. Iro, HNO-Klinik Erlangen
18.08.2010-01.09.2010 Prof. Dr. Kruse, Augenklinik Erlangen
03.09.2010-17.09.2010 Prof. Dr. Höher, Kardiologie, Klinikum Bayreuth
29.09.2010-13.10.2010 Radiologie-Praxis im Dürerhof, Bayreuth
14.03.2011-28.03.2011 Augenarzt-Praxis PD Dr. Kamppeter, Bayreuth
Praktisches Jahr
15.08.2011-02.12.2011 Prof. Dr. Kruse, Augenklinik Erlangen
05.12.2011-23.03.2012 Prof. Dr. Hohenberger, Chirurgie Erlangen
26.03.2012-13.07.2012 Prof. Dr. Henneking, Innere Medizin Bayreuth
Besondere Kenntnisse
Sprachen Englisch fließend, Großes Latinum
EDV Windows Office (Word, Excel, Power Point)
2005-2008 Tätigkeit als Nachhilfelehrerin
Hobbys und Interessen
Tanzen, Wandern, Malen, Lesen
Erlangen, 06. Januar 2013