Implantat-gerichtetes magnetisches Drug Targeting: Antibiotische Therapie peri-implantärer Infektionen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des Projekts war die gezielte, zeitunabhängige Anreicherung von Wirkstoffen an Implantatoberflächen durch magnetische Nanopartikel unter Nutzung eines externen Elektromagnetfeldes und eines magnetisierbaren Implantatmaterials. Das Besondere des beantragten Projekts war, dass das Targeting der Nanopartikel nicht über eine biochemische Erkennung, sondern über eine physikalische Wechselwirkung erfolgte. Im ersten Antragszeitraum gelang bereits eine partielle Akkumulation der Nanopartikel in vivo an einem Implantat, allerdings noch nicht im therapeutisch wirksamen Umfang. Im zweiten Antragszeitraum wurden die entwickelten magnetischen nanoporösen Silica-Nanopartikel (MNPSNP) mit dem Oberflächenprotein CD47 kombiniert, um vom mononukleären Phagozytensystem (MPS) nicht abgefangen zu werden, um die Zirkulationszeit im Blut deutlich zu erhöhen. Desweiteren wurde an der Verbesserung der magnetischen Eigenschaften der MNPSNP gearbeitet, aber auch am Implantatdesign auf eine gleichmäßige Magnetfeldwirkung angepasst. Es wurden durch einen Projektpartner modifizierte Implantate hergestellt und im Hinblick auf die superparamagnetischen Eigenschaften untersucht. Der Transfer beider optimierter Komponenten ins Tiermodell erfolgte über den Zwischenschritt eines ex vivo Modells. Am isoliert perfundierten Schafbein wurde über Mikrodialyseuntersuchungen die Freisetzung der gekoppelten Antibiotika gemessen, sowie die Akkumulation der MNPSNP an den Implantaten beurteilt. Implantatdesign, MNPSNP und deren Freisetzungssysteme und Modellsysteme konnten vielversprechend adaptiert werden. Die Gesamtakkumulation am Implantat wies allerdings noch nicht die gewünschte Menge auf. Die gewonnenen Erkenntnisse bieten jedoch neue Ansätze für interessante Folgeprojekte für die Entwicklung neuer Implantat-assoziierter Infektionen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Biocompatibility and biodistribution of magnetic silica nanoparticles for implant directed magnetic drug targeting, EORS, September 2018, Galway, Irland (Vortrag)
Angrisani N.; Janssen H. C.; Kietzmann M.; Dahlhaus D.; Warwas D. P.; Behrens P. & Reifenrath J.
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Implant-directed magnetic drug targeting via multifunctional superparamagnetic silica core-shell nanoparticles, 117. Bunsentagung, 10.-12.05.2018, Hannover
Warwas, D. P.; Nolte, K.; Janßen, H. C.; Reifenrath, J.; Angrisani, N.; Kietzmann, M.; Meißner, J.; Taptimthong, P.; Wurz, M. C. & Behrens, P.
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In vitro and in vivo accumulation of magnetic nanoporous silica nanoparticles on implant materials with different magnetic properties. Journal of Nanobiotechnology, 16(1).
Janßen, Hilke Catherina; Warwas, Dawid Peter; Dahlhaus, David; Meißner, Jessica; Taptimthong, Piriya; Kietzmann, Manfred; Behrens, Peter; Reifenrath, Janin & Angrisani, Nina
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In vitro biocompatibility of magnetic nanoparticles used as potential drug carriers for implant‐directed magnetic drug targeting. J Vet Pharmacol Therap 41 (Suppl. 1), 111, 14th International Congress of the European Association for Veterinary Pharmacology and Toxicology, Wroclaw, Poland, 24.-27.6.2018
Dahlhaus D.; Meissner J.; Mielke-Kuschow S.; Warwas D. P.; Behrens P.; Reifenrath J.; Angrisani N.; Janssen H. C. & Kietzmann, M.
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Untersuchung von magnetischen Nanopartikeln hinsichtlich ihrer biologischen Verträglichkeit und der Nutzung als Wirkstoffträger, 2018, Dissertation, Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover
David Dahlhaus
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Biodistribution, biocompatibility and targeted accumulation of magnetic nanoporous silica nanoparticles as drug carrier in orthopedics. Journal of Nanobiotechnology, 18(1).
Janßen, Hilke Catherina; Angrisani, Nina; Kalies, Stefan; Hansmann, Florian; Kietzmann, Manfred; Warwas, Dawid Peter; Behrens, Peter & Reifenrath, Janin
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Implant-based direction of magnetic nanoporous silica nanoparticles – influence of macrophage depletion and infection. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, 30, 102289.
Reifenrath, Janin; Janßen, Hilke Catherina; Warwas, Dawid Peter; Kietzmann, Manfred; Behrens, Peter; Willbold, Elmar; Fedchenko, Mykola & Angrisani, Nina
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Magnetische Nanopartikel als Wirkstoff-Carrier für die Therapie von Implantat-assoziierten Infektionen: Eine Untersuchung der Biokompatibilität, Verteilung und Akkumulation im Mausmodell, 2020, Dissertation, Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover
Hilke Catherina Janßen
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Adjusting the properties of magnetic core-shell nanoparticles by surface functionalization with PEG residues of different chain lengths, 6th Euro BioMAT 2021, 05.-06. Mai 2021, virtual, (Poster)
Herrmann T.; Behrens P.; Kietzmann M.; Noyun S.; Petrovic K.; Reifenrath J. & Schlerz A.
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In vitro biocompatibility evaluation of a magnetic nanoporous silica nanoparticle, 55th DGBMT Annual Conference on Biomedical Engineering (BMT 2021), 05.-07. Oktober 2021, Hannover (Vortrag)
Storjohann, R.; Oltmanns, H.; Herrmann, T.; Behrens, P.; Angrisani, N.; Reifenrath, J. & Meissner, J.
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PEG Functionalization of Magnetic Nanoporous Core-Shell Nanoparticles - Influence of the PEG Chain Length, 55th DGBMT Annual Conference on Biomedical Engineering (BMT 2021), 05.-07. Oktober 2021, Hannover (Poster)
Herrmann, T.; Schierz, A.; Noyun, S.; Petrović, K.; Reifenrath, J.; Kietzmann, M. & Behrens P.
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Biocompatibility of different PEGylated magnetic nanoporous silica nanoparticles in primary murine cells, VET- Pharm Symposium 1. – 2. September 2022, Hannover, Deutschland (Poster, Posterpreis)
Storjohann, R.; Gericke, B.; Oltmanns, H.; Herrmann, T.; Behrens, P.; Reifenrath, J. & Meißner, J.
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Das isoliert perfundierte Schafbein als Ex-vivo-Modell für pharmakologische Untersuchungen, 2022, Dissertation, Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover
Gerrit Hacker
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Effect of PEG functionalization on the saturation magnetization of magnetic nanoporous core-shell nanoparticles. Int J Mag Part Imag. 2022 8.
Herrmann T., Schierz A. K., Prediger M., Reifenrath J., Meißner J., Wurz M. C. & Behrens P.
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In-vitro-Untersuchungen zur Biokompatibilität und Immuntoxizität von magnetischen nanoporösen Silica-Nanopartikeln; 2022, Dissertation, Stiftung Tierärztliche Hochschule Hannover
Ronja Storjohann
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The isolated perfused ovine forelimb as an ex-vivo model for pharmacological research, Symposium des Virtuellen Zentrums für Ersatz- und Ergänzungsmethoden zum Tierversuch (VETZ), 24. - 25.02.2022, Hannover, Deutschland
Hacker, G.; Oltmanns, H.; Storjohann, R.; Herrmann, T.; Behrens, P.; Harting, H.; Reifenrath, J.; Angrisani, N. & Meißner, J.
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The isolated perfused ovine forelimb as an ex-vivo model for pharmacological research, VETPharm Symposium 1. – 2. September 2022, Hannover, Deutschland (Poster)
Hacker, G.; Oltmanns, H.; Herrmann, T.; Behrens, P.; Reifenrath, J.; Seeger, B. & Meißner, J.
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Influence of PEG Chain Length of Functionalized Magnetic Nanoparticles on the Cytocompatibility and Immune Competence of Primary Murine Macrophages and Dendritic Cells. International Journal of Molecular Sciences, 24(3), 2565.
Storjohann, Ronja; Gericke, Birthe; Reifenrath, Janin; Herrmann, Timo; Behrens, Peter; Oltmanns, Hilke & Meißner, Jessica
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Magnetische multifunktionale Nanopartikel für die Implantat-dirigierte Wirkstoffanlieferung, 2023, Dissertation, Leibniz Universität Hannover
Dawid Peter Warwas
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Preparation and PET/CT imaging of implant directed 68Ga-labeled magnetic nanoporous silica nanoparticles. Journal of Nanobiotechnology, 21(1).
Polyak, Andras; Harting, Heidi; Angrisani, Nina; Herrmann, Timo; Ehlert, Nina; Meißner, Jessica; Willmann, Michael; Al-Bazaz, Silav; Ross, Tobias L.; Bankstahl, Jens P. & Reifenrath, Janin
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Visualization of nanoporous silica nanoparticle distribution for implantdirected magnetic drug targeting by 68Ga-labeling and PET/CT EORS Congress 27. – 29.09.2023 Porto, Portugal (Vortrag)
Harting, H.; Polyak, A.; Angrisani, N.; Herrmann, T.; Ehlert, N.; Meißner, J.; Willmann, M.; Al-Bazaz, S.; Ross, T. L.; Bankstahl, J. P. & Reifenrath, J.
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Nanoporous silica nanoparticles as potential drug delivery tool in orthopedic implant associated infections, 12th World Biomaterials Congress, 26.- 31.05.2024, Deagu, South Korea (Poster)
Reifenrath, J.; Harting, H.; Polyak, A.; Herrmann, T.; Ehlert, N.; Meißner, J.; Willmann, M.; Al-Bazaz, S.; Ross, T. L.; Bankstahl, J. P. & Angrisani, N.
