Fähigkeit von CNTs zur Durchquerung der Blut-Hirn-Schranke direkt beobachtet
Eine im Journal "Biomaterials" veröffentlichte Studie untersuchte die Wechselwirkung zwischen Kohlenstoffnanoröhrchen und der Blut-Hirn-Schranke auf zwei Arten. Die Studie wurde durch das Institute of Pharmaceutical Science des King's College London durchgeführt. Forscher des Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2, Abteilung Elektronenmikroskopie), erstellten die elektronenmikroskopischen Aufnahmen. Erstmals konnte direkt beobachtet werden, dass funktionalisierte CNTs die Blut-Hirn-Schranke überwinden können, schreiben die Autoren.
Die Studie untersuchte die Fähigkeit von aminofunktionalisierten, mehrwandigen Kohlenstoffnanoröhrchen (als MWNT-NH3+ bezeichnet) die Blut-Hirn-Schranke zu durchqueren auf zwei verschiedene Arten: Zum einen in vitro mittels Co-Kultur-Modellen, zum anderen in vivo durch die Beobachtung der systemischen Verabreichung von radioaktiv markierten, funktionalisierten MWCNTs.
Eine weiterführende Untersuchung, die am ICN2 durchgeführt wurde, erlaubte die Bestätigung der Resultate und das verbesserte Verständnis der Prozesse. Die Darstellungen, welche mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) und Raster-Transmissionselektronenmikroskopie (RTEM) erzeugt wurden, zeigten, dass die Zellen oder Tight Junction-Stränge nicht beschädigt wurden und dass die Wechselwirkung zwischen den Kohlenstoffnanoröhrchen und der Plasmamembran der Endothel-Zellen 4 Stunden nach der Inkubation aufgetreten ist. Die Abbildungen vermochten zudem zu bestätigen, dass die funktionalisierten MWCNTs die Einzelschicht der Endothelzellen durchqueren können. Weitere Darstellungen veranschaulichten, dass die graphitische Struktur der MWNT-NH3+ nach der Aufnahme in die Endothelzellen erhalten blieb. So konnte erstmals der genaue Transportverlauf der MWCNTs über 48 Stunden hinweg veranschaulicht werden.
Mittels RTEM Darstellungen gelang es den Wissenschaftlern erstmals zu demonstrieren, dass aminofunktionalisierte MWCNTs in vitro die Fähigkeit haben, die Blut-Hirn-Schranke zu durchqueren. Durch die Nutzung von Elektronenmikroskopie liefern sie einen soliden Nachweis. Die Studie bestätigt, dass Kohlenstoffnanoröhrchen dereinst für weitere medizinische Anwendungen wie dem Transport von Wirkstoffen ins Gehirn nach systemischer Verabreichung eingesetzt werden könnten.
Studie: Kafa H et al.: The interaction of carbon nanotubes with an in vitro blood-brain barrier model and mouse brain in vivo. Biomaterials 53(437-452), Juni 2015, doi:10.1016/j.biomaterials.2015.02.083
Quelle: ICN2
Bildquelle: Translokation von MWNTs-NH3+ durch die Endothelzellmembran. (Foto: ICN2 2015)