Albumin-derived perfluorocarbon-based artificial oxygen carriers (A−AOCs) exhibit promising potential as substitutes for red blood cells in critical medical scenarios, such as emergencies, trauma, and major surgeries, where rapid and efficient oxygen delivery is vital. Despite their potential advantages, their clinical implementation has been hindered by limited understanding of their interactions with immune cells. In this study, we evaluated the effects of A−AOCs on immune responses using three macrophage models: Primary human macrophages-like cells (PHM), murine macrophages (cell line J774), and murine bone marrow-derived macrophages (BMDM). Our findings indicate that 10 ng/ml phorbol 12-myristate 13-acetate (PMA) ensured stable differentiation of THP-1 cells into PHM. A−AOCs exhibited a potential to mitigate cell extravasation and migration in PHM. Moreover, A−AOCs up to 4 % concentration displayed good tolerance without inducing significant cytotoxicity in all three macrophage models. Protein and gene expression analysis revealed that A−AOCs up to 10 % concentration did not activate these macrophages. Overall, our results demonstrated that macrophages indeed internalized A−AOCs, as confirmed by transmission electron microscopy (TEM), confocal laser scanning microscopy (LSM), and correlative light and electron microscopy (CLEM) analyses. However, subsequent activation by A−AOCs post-internalization was not observed, as confirmed by our cytokine and mRNA measurements. Additionally, A−AOCs did not significantly affect oxygen consumption rate or induce oxidative stress in PHM. The present study provides insight into A−AOCs interactions with immune cells, supporting their safety for potential application as oxygen carriers in critical medical situations.

Keywords: albumin-derived perfluorocarbon-based artificial oxygen carriers, macrophages, immune response, cytotoxicity, cell differentiation, oxygen consumption, nanoparticle uptake, inflammation.

Albuminumhüllte perfluorocarbonbasierte künstliche Sauerstoffträger (A−AOCs) zeigen vielversprechendes Potenzial als Ersatz für rote Blutkörperchen in kritischen medizinischen Szenarien wie Notfällen, Traumata und großen Operationen, bei denen eine schnelle und effiziente Sauerstoffzufuhr lebenswichtig ist. Trotz ihrer potenziellen Vorteile wurde ihre klinische Anwendung durch ein begrenztes Verständnis ihrer Wechselwirkungen mit Immunzellen behindert. In dieser Studie haben wir die Auswirkungen von A−AOCs auf Immunreaktionen unter Verwendung von drei Makrophagen-Modellen bewertet: primären humanen Makrophagen (PHM), murinen Makrophagen (Zellinie J774) und murinen Makrophagen differenziert aus Knochenmark (BMDM). Unsere Ergebnisse zeigen, dass 10 ng/ml Phorbol 12-Myristat 13-Acetat (PMA) eine stabile Differenzierung von THP-1-Zellen in PHM gewährleisteten. A−AOCs zeigten Potenzial zur Minderung von Zell-Extravasation und Migration in PHM und zeigten eine gute Verträglichkeit bis zu einer Konzentration von 4%, ohne in den drei Makrophagen-Modellen signifikante Zytotoxizität zu induzieren. Protein- und Genexpressionsanalysen zeigten, dass A−AOCs bis zu einer Konzentration von 10 % diese Makrophagen nicht aktivierten. Insgesamt zeigten unsere Ergebnisse, dass Makrophagen tatsächlich A−AOCs internalisierten, wie durch Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), konfokale Laserscanning-Mikroskopie (LSM) und korrelative Licht- und Elektronenmikroskopie (CLEM) bestätigt wurde. Allerdings wurde nach der Internalisierung keine anschließende Aktivierung durch A−AOCs beobachtet, wie durch unsere Zytokin- und mRNA-Messungen bestätigt wurde. Darüber hinaus beeinflussten A−AOCs den Sauerstoffverbrauch nicht und induzierten keinen oxidativen Stress in PHM in signifikantem Maße. Die vorliegende Untersuchung liefert Einblicke in die Wechselwirkungen von A−AOCs mit Immunzellen und unterstützt ihre potenzielle Anwendung als Sauerstoffträger in kritischen medizinischen Situationen.

Schlüsselwörter: albuminumhüllte perfluorocarbonbasierte künstliche Sauerstoffträger, Makrophagen, Immunreaktion, Zytotoxizität, Zelldifferenzierung, Sauerstoffverbrauch, Aufnahme von Nanopartikeln, Entzündung.