Multimodal superparamagnetic iron oxide nanoparticles as a safe contrast agent for magnetic resonance imaging and magnetic drug delivery: = Multimodale superparamagnetische Eisenoxidnanopartikel als sicheres Kontrastmittel für die Magnetresonanztomographie und für den magnetischen Wirkstofftransport
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| adam_text | CONTENTS
1 INTRODUCTION
_____________________________________________________________ 13
1.1 MOTIVATION: GENERAL NEED FOR SAFE MRI CONTRAST AGENTS
_____________________
13
1.2 AIM OF THE WORK
_____________________________________________________
15
2
FUNDAMENTALS____________________________________________________________
17
2.1 GENERAL ASPECTS OF IRON OXIDE NANOPARTICLES AND THEIR PROPERTIES
_______________
17
2.1.1 MAGNETISM OF SPIONS AND THE SUPERPARAMAGNETISM EFFECT
_______________
17
2.1.2 SYNTHESIS OF IRON OXIDES: THE COPRECIPITATION TECHNIQUE
__________________
20
2.1.3 STABILIZATION MECHANISMS AND SURFACE COATINGS OF SPIONS
________________
24
2.1.4 DEXTRAN-COATED SPIONS
____________________________________________
28
2.1.5 BIODISTRIBUTION AND TOXICOLOGICAL ASPECTS OF SPIONS
____________________
30
2.2 CONTRAST AGENT-ASSISTED MAGNETIC RESONANCE IM AGING
_______________________
33
2.2.1 COMPARISON O F DIFFERENT IMAGING TECHNIQUES
___________________________
33
2.2.2 BASIC PRINCIPLES OF MAGNETIC RESONANCE IMAGING
________________________
35
2.2.3 MRI IMAGE FORMATION
______________________________________________
40
2.2.4 MRI RELAXATION CONTRAST
AGENTS_______________________________________ 41
2.2.4.1 TI CONTRAST AGENTS
______________________________________________
42
2.2.4.2 T
2
/T
2
* CONTRAST AGENTS
___________________________________________
44
2.2.4.3 EXAMPLES O F IRON OXIDE-BASED CONTRAST
AGENTS_______________________46
2.3 MAGNETIC DRUG TARGETING
______________________________________________
48
2.3.1 GENERAL MECHANISM OF MAGNETIC DRUG TARGETING
_______________________
48
2.3.2 HYALURONIC ACID-CISPLATIN COMPLEX AS MODEL FOR M DT
___________________
50
2.4 PHOTODYNAMIC THERAPY
________________________________________________
53
2.4.1 GENERAL MECHANISM OF PHOTODYNAMIC THERAPY
__________________________
53
2.4.2 THE PHOTOSENSITIZER HYPERICIN
________________________________________
55
3 MATERIALS AND METHODS
____________________________________________________
57
3.1
SYNTHESES___________________________________________________________57
3.1.1 SYNTHESIS OF DEXTRAN-COATED SPIONS
_________________________________
5 7
3.1.2 PREPARATION OF LOW MOLECULAR WEIGHT HYALURONIC ACID
____________________
58
3.1.3 BINDING OF HYALURONIC ACID AND CISPLATIN
INCORPORATION____________________59
3.1.4 BINDING OF HYPERICIN
_______________________________________________
60
3.2 PHYSICAL AND CHEMICAL
CHARACTERIZATION___________________________________61
3.2.1 DYNAMIC LIGHT SCATTERING
____________________________________________
61
3.2.2 DETERMINATION OF THE ISOELECTRIC
POINT_________________________________61
3.2.3 ATOMIC EMISSION
SPECTROSCOPY_______________________________________ 61
3.2.4 MAGNETIC CHARACTERIZATION
__________________________________________
61
3.2.5 UV/VIS SPECTROSCOPY
______________________________________________
62
3.2.6
OSMOLARITY
62
3.2.7
X-RAY DIFFRACTION 62
3.2.8 TRANSMISSION ELECTRON MICROSCOPY
63
3.2.9
FOURIER TRANSFORM INFRARED SPECTROSCOPY
63
3.2.10
STORAGE STABILITY 64
3.2.11 MRI ANALYSES
64
3.2.12 DRUG RELEASE KINETICS
65
3.2.13 HYPERICIN QUANTIFICATION VIA HPLC-MS
65
3.3 BIOLOGICAL CHARACTERIZATION
66
3.3.1
CELL CULTURE
66
3.3.2
PARTICLE STERILITY AND ENDOTOXIN CONTAMINATION 66
3.3.3 CYTOTOXICITY OF SPION0*
67
3.3.4
QUANTIFICATION OF SPIONDEX CELL UPTAKE
68
3.3.5
ENDOTHELIAL CELL MIGRATION ASSAY 69
3.3.6
MONOCYTIC CELL RECRUITMENT UNDER FLOW CONDITIONS
69
3.3.7 MONOCYTIC CELL CHEMOTAXIS
69
3.3.8
PARTICLE STABILITY IN BLOOD 70
3.3.9 HEMOCOMPATIBILITY ASSAYS
70
3.3.10
IN VITRO
COMPLEMENT ACTIVATION
71
3.3.11
IN VIVO
COMPLEMENT ACTIVATION-RELATED PSEUDOALLERGY (CARPA) ASSAY
72
3.3.12
IN VIVO
MRI PILOT STUDIES
72
3.3.13 CYTOTOXIC EFFECTS OF CISPLATIN
73
3.3.14
ANALYSIS OF HYPERICIN-INDUCED CYTOTOXICITY IN JURKAT CELLS
74
3.3.15 DETERMINATION OF HYPERICIN-INDUCED ROS PRODUCTION IN JURKAT CELLS
74
RESULTS AND DISCUSSION
76
4.1 DEVELOPMENT OF HIGHLY BIOCOMPATIBLE DEXTRAN-COATED SPIONS
76
4.1.1 EVALUATION OF THE COLD GELATION AND CROSSLINKING PROCESS
76
4.1.2 STRUCTURAL ANALYSIS OF SPIONDEX
85
4.1.3 MAGNETIC AND RELATED IMAGING PROPERTIES O F SPIONDEX
90
4.1.4 STORAGE STABILITY 94
4.1.5 PARTICLE STERILITY 99
4.1.6
PARTICLE UPTAKE AND CYTOTOXICITY
100
4.1.7
EFFECTS ON VASCULAR CELL FUNCTIONS
105
4.1.8 BLOOD STABILITY AND HEMOCOMPATIBILITY 107
4.1.9
EFFECTS OF STORAGE ON PARTICLE TOXICITY
111
4.1.10
COMPLEMENT ACTIVATION
IN VITRO
AND
IN VIVO
114
4.1.11
IN VIVO
MRI PILOT STUDIES 117
4.2 IMPLEMENTATION OF A CHEMOTHERAPEUTIC
MODALITY__________________________119
4.2.1 AMINATION O F SPION0
__________________________________________
119
4.2.2 BINDING OF HYALURONIC ACID
_________________________________________
121
4.2.3 STRUCTURAL ANALYSIS OF SPIONDEX HA AND CISPLATIN INCORPORATION
__________
126
4.2.4 BIOLOGICAL CHARACTERIZATION
_________________________________________
128
4.3 IMPLEMENTATION OF A PHOTOSENSITIVE
MODALITY____________________________ 132
4.3.1 CARBOXYMETHYLATION OF SPIONDEX
___________________________________
132
4.3.2 BINDING OF HYPERICIN AND STRUCTURAL ANALYSIS OF SPIONDEXHYP
_____________
134
4.3.3 INVESTIGATION OF LIGHT-INDUCED TOXICITY
_______________________________
136
5 SUMMARY AND
OUTLOOK_____________________________________________________142
6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK
___________________________________________
146
7 REFERENCES
_____________________________________________________________ 151
8 APPENDIX______________________________________________________________
168
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