Galdnanopartikel (AuNP), insbesondere Goldnanostäbchen (AuNR), und deren Verwendung in der Biomedizin wurden in den letzten zwanzig Jahren intensiv erforscht. Dies führte zu verschiedenen, vielversprechenden Anwendungen der AuNR, zum Beispiel in der Bildgebung und Krebstherapie, sowie als Vehikel in der Gen- und Arzneimittel-Therapie. Vorangegangene Studien identifizierten die intrinsische und vor allem unspezifische Aufnahme körperfremder Stoffe durch phagozytierende Immunzellen als größtes Hindernis in der medizinischen Anwendung von Nanopartikeln. Polymorphonukleäre Neutrophile (PMN) stellen den größten Anteil innerhalb der phagozytischen Immunzellen im menschlichen Immunsystem dar. Daher ist ein allumfassendes Verständnis der Interaktion zwischen AuNR und PMN entscheidend für die Entwicklung sicherer und vor allem effizienter Krebstherapien.

 

Die vorgelegte Studie untersuchte die zellbiologische Antwort Polymorphonukleärer Neutrophile nach Exposition von PEGylierten und Antikörper-konjugierten stäbchenförmigen sowie sphärischen AuNP. Hierbei zeigte sich, dass Nanopartikeleigenschaften, wie Größe und Form, die selektive Bindung von Antikörper-konjugierten Nanopartikeln an Phagozyten beeinflussen. Der Vergleich verschiedener Größen und Formen von Goldnanopartikeln zeigte, dass unspezifische Phagozytose durch die Verwendung von 15 nm kleinen stäbchenförmigen AuNR umgangen werden kann. Mittels verschiedener Experimente wurde die Interaktion zwischen PMN und AuNR analysiert. PMN nahmen AuNR bereits innerhalb der ersten 5 Minuten über Phagozytose oder Makropinozytose auf. Die Aufnahme führte zu Endoplasmatischem Retikulum (ER) Stress und vermittelte eine „unfolded protein response“ (UPR) in PMN, welche sich durch die Aktivierung des xenobiotischen Metabolismus und einer Aktivierung der PMN auszeichnete. Diese resultierte in einer erhöhten Expression von lectin-type oxidized LDL receptor 1 (LOX1) auf der Zelloberfläche, sowie in einer verstärkten Sekretion von Interleukin 8 und der Produktion von reaktive Sauerstoffspezies (ROS) aus, welche sich in einem autokrin gegenseitig verstärkten. All diese potenziell immunpathologischen Effekte manifestierten sich innerhalb von 2 Stunden nach Exposition.

 

Zusammenfassend beschreibt diese Studie die molekulare Interaktion von Goldnanopartikeln und PMN. Ein Verständnis für potenzielle immunpathologischer Effekte ist insbesondere wichtig, da phagozytische Immunzellen, wie PMN, AuNR in hohem Maße und unspezifisch aufnehmen. Dies kann nicht durch die Konjugation spezifischer Antikörper, jedoch durch die Modulation der AuNREigenschaften unterbunden werden. Des Weiteren wird deutlich, dass eine nähere Untersuchung des Immunsystems, speziell der phagozytischen Immunzellen, von zentraler Bedeutung für die Entwicklung von sicheren und effizienten AuNR-vermittelten Therapien ist