Inhalation von superparamagnetischen Nanopartikeln und Plasmid-DNA und deren Effekt auf Lungenmechanik

Fragestellung: Die Applikation von Genen in die Lunge ist vielfach untersucht. Eine neue Methode ist die Einbringung von DNA mithilfe von superparamagnetischen Nanopartikeln als Vektoren. Der Effekt von inhalierten Magnetpartikeln als Vektoren für Plasmid-DNA (pDNA) auf die mechanischen Eigenschaften der Lunge ist jedoch bisher nicht untersucht.

Methodik: Mittels Ultraschall vernebelte superparamagnetischen Nanopartikeln (50nm), wurden in tracheotomierte Mäuse appliziert. Die mechanischen Eigenschaften der Lunge wurde bei offenem und geschlossenem Thorax sowie mit und ohne Anwendung eines Magnetfeldes (1 Tesla) über einer Lungenhälfte untersucht und mit der alleinigen Inhalation von Trägerlösung (Aqua bidest) verglichen. Elastance und Resistance sowie die mechanische Impedanz der Lunge wurde mittels Forcierter Oszillation (FOT) über eine Stunde nach Applikation gemessen. Die Menge an applizierten Nanopartikeln bzw. der Plasmid-DNA (mit Luciferase) in den verschiedenen Lungenarealen wurde histologisch bzw. durch Luciferase Messung bestimmt.

Ergebnisse: Unmittelbar nach Inhalation der Trägerlösung (Aqua bidest) kam es zu einer 50% Reduktion der Elastizität der Lunge. Die Inhalation von Magnetpartikeln führte im Vergleich zur Kontrolle nicht zu einer weiteren Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften der Lunge. Wurden die Magnetpartikel mittels Magnetfeld inhaliert, so kam es zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften der Lungen (Zunahme von Resistance und Elastance), ohne jedoch Signifikanzniveau zu erreichen. Die mittels Magnetfeld in eine Lungenhälfte dirigierten Magnetpartikel konnten lokal 8-fach höher angereichert werden (p<0.05). Die zusammen mit den superparamagnetischen Nanopartikeln im Magnetfeld applizierte pDNA wurde im Magnetfeld zweimal stärker angereichert als in der Kontrollunge (p<0.05).

Schlussfolgerung: Die Inhalation von superparamagnetischen Nanopartikeln führt in unserem Modell innerhalb einer Stunde nicht zu einer signifikanten Veränderung der Lungenmechanik. Das lokale Hochenergiemagnetfeld kann inhalierte superparamagnetischen Nanopartikeln in umschriebenen Arealen der Lunge konzentrieren und stellt so einen neuen Weg gezielter pulmonaler Therapie dar.