Project

Discipline

Exocytosis; Air-blood tissue barrier; Translocation; Nanoparticles; Degradation; Nanoparticle transfer

Lead
Das Verständnis der Interaktion von künstlichen Nanopartikeln mit zellulären Systemen ist Voraussetzung für die sichere Anwendung von innovativen Materialien im Bereich Nanotechnologie und Medizin. Die meisten Studien fokussieren heute auf die zellulären Aufnahmemechanismen von Nanopartikeln, deren intrazelluläre Verteilung sowie mögliche zelluläre Reaktionen. Im Gegensatz dazu ist nur wenig über die mögliche Freisetzung (Exozytose) von Nanopartikeln bekannt.
Lay summary
Inhalt und Ziele des Forschungsprojekts Ziel dieses Projektes ist es die zelluläre Freisetzung von Nanopartikeln zu untersuchen und wie dieser Prozess von Faktoren wie Grösse, Material und Oberfläche der Partikel aber auch vom Zelltyp beeinflusst wird. Mit unserer interdisziplinären Expertise werden wir die Verteilung innerhalb der Zelle und die Freisetzung von definierten Nanopartikeln nach deren Aufnahmen mit einer Kombination an analytischen Methoden und Mikroskopie-Techniken untersuchen. Ausserdem werden wir das Zusammenspiel von Zellen, also die mögliche Übergabe von Nanopartikeln von einer Zelle auf eine zweite Zelle, untersuchen. In einem weiteren Schritt simulieren wir die Inhalation von Partikeln mit einem komplexen 3D Zellkulturmodell der Luftwegsepithelialwand mit einer Exposition von Nanopartikeln an der Luftflüssigkeitsgrenze. Die Untersuchung der Aufnahme der Nanopartikel in bestimmte Abwehrzellen wie Makrophagen oder dendritische Zellen sowie der Transport über die Luftwegsepithelialwand sind weitere Ziele dieses Projektes.   Wissenschaftlicher und gesellschaftlicher Kontext des Forschungsprojektes Mit einem grundlegenden Verständnis der Interaktion von Nanopartikel mit Zellen – wie die Aufnahme, Degradation, Ausscheidung, Übergabe an andere Zellen oder den Transport über die Luft-Blut-Schranke – können wir einen wichtigen Beitrag zur sicheren Entwicklung von Nanopartikeln für diverse Anwendungen wie in der Medizin leisten.

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Last update: 29.03.2015

Active participation

Self-organised

Communication	Title	Media	Place	Year

Title	Year

Number	Title	Start	Funding scheme

The great potential of nanoparticles (NPs) for diagnostic and therapeutic applications requires a thorough understanding on how these particles interact with single cells. There is convincing evidence that, depending on the physico-chemical properties of NPs, cells take up NPs via various endocytotic uptake mechanisms. However, possible subsequent release and degradation of the particles, and / or if they are transferred to other cells is still unknown, but the involvement of these cellular clearance mechanisms will strongly influence the efficacy of NPs used for imaging contrast or drug delivery and we therefore need to understand them.To address this issue we will investigate the fate of various NPs after endocytosis using an interdisciplinary approach combining controlled material design and single cells cultured under defined conditions by cutting-edge methods used in nanoscience such as analytical and imaging techniques. Since the inhalation route of NPs delivered into the lungs is promising we also aim to apply a more complex 3D lung system to study the biokinetics and possible clearance of NPs deposited onto the lung cell surface.The project is divided into three work-packages (WP) - all of them studying the possible exocytosis of NPs after uptake. WP1 focuses on how NP properties such as size, surface, and material influence release and degradation in single cells. In addition, other factors that might influence exocytosis such as cell type, differentiation state, and species will be studied. The transfer of NPs from one cell type to another one is in the focus of WP2. Finally, we will use a well-established air-liquid interface cell exposure system to study the translocation of NPs across the tissue barrier of the human lung epithelium (WP3). The system allows dose-controlled delivery of NPs and subsequent determination of the particle fate within different fractions, i.e. unbound on the apical lung cell surface, within cells, and in the medium in the lower compartment. With this project we will discover if the NP properties influence a possible exocytosis by various cells and / or translocation across a human lung epithelial tissue barrier and if the manipulation of NP properties can control these clearance processes. Our results will provide a more complete understanding of the behavior of NPs at the (lung) cell biointerface. This knowledge will allow us to develop new (inhalative) NPs in order to take advantage of nanotechnology applications in biotechnology and in medicine.