Einfluss der Buckminsterfullerene auf Zellen des Immunsystems

Abstract

Seit ihrer Entdeckung wecken Fullerene auf Grund ihrer chemischen Struktur große Hoffnungen. Zunehmend werden Fullerene besser verstanden und in der Medizin eingesetzt. Dabei können sie vielfältige Rollen einnehmen: Sei es als Transporter, als Verbindungsstück zwischen Medikament und Targeting-Protein, als Kontrastmittel oder als eigenständiges Medikament. Viele bisherige Studien schließen einen generell toxischen Effekt der Fullerene aus. Mehrere Studien beschreiben den Effekt von Fullerenen als Medikament oder als Kontrastmittel. Es gibt jedoch (außer den Zelltoxizitätsstudien) wenige Arbeiten, die sich mit der Interaktion dieser Stoffgruppe mit dem menschlichen Körper selbst beschäftigen. Für das Immunsystem gibt es nur vereinzelte Studien. Auf Grund der geringen Datenlage und der Erkenntnis, dass Fullerene Einfluss auf die angeborene Immunantwort zu haben scheinen, sowie der zunehmenden Anwendung im klinischen Sektor ist es von großer Wichtigkeit, den Einfluss der Fullerene auf den Körper und das Immunsystem besser zu verstehen. In diesem Kontext untersuchte die vorliegende Arbeit den Einfluss von zwei Vertretern der Fullerene (Polyhydroxy-C60 und N-ethyl-polyamin-C60) auf das Immunsystem. Dazu wurden die PBM Zellen aus dem Blut von 20 gesunden Probanden isoliert und kultiviert. In einem in-vitro Testsystem wurde der Einfluss der Fullerene auf diese Zellen getestet. Verschiedene Antigene (BCG, Tetanus Toxin und PPD) stimulierten die PBM Zellen zu unterschiedlichen Immunreaktionen vom TH1-oder TH2-Typ, um mögliche Effekte der Fullerene auch im aktivierten Immunsystem zu klassifizieren. Die Fullerene wurden in unterschiedlichen Konzentrationen zugeführt. Untersucht wurde damit der Einfluss der Fullerene auf die Proliferation von PBM Zellen, die Zytokinproduktion an Hand von IL-1, IL-5, IL-6, IL-10, IL-13, IFN-gamma, TNF-alpha, TNF-beta, GM-CSF mittels Sandwich-ELISA und die frühe Aktivierung der Immunzellen an Hand der CD69-Expression mittels Durchflusszytometrie. Es konnte gezeigt werden, dass die zwei Fullerene die Proliferation von PBMC stimulieren. Eine verstärkte CD69-Expression fand sich aber nur auf NK-Zellen. Auch auf die Produktion T-Zell-assoziierter Zytokine hatten sie keinen Einfluss, während sie die Sekretion von IL-6 signifikant verstärkten. Zusammenfassend können wir sagen, dass die getesteten Fullerene keinen immunsuppressiven Effekt haben und nicht zelltoxisch sind und insbesondere Zellen des spezifischen Immunsystems nicht wesentlich beeinflussen. Dagegen weisen die Befunde durchaus auf eine Aktivierung von Zellen des angeborenen Immunsystems hin (z.B. NK-Zellen).

Since the discovery of fullerenes, there are great expectations because of their chemical structure. We get to know more and more about fullerenes and they are more often used in medicine. For example as transporter, as connector between drug and targeting-protein, as contrast agent or as standalone drug. Many studies show no general toxic effect of fullerenes. Some studies describe the effects of fullerenes as drug or contrast agent. There are few studies (except the cell toxicity studies) that deal with the interaction of this element group and the human body itself. Because of the few data and the fact, that fullerenes seem to have an effect on the unspecific immune response, as well as the upcoming use in medicine, it is very important to understand the influence of fullerenes on the human body and the immune system. In this work we studied two fullerenes named Polyhydroxy-C60 and N-ethyl-polyamin-C60 and their influence on the immune system. Therefore PBM-cells were isolated and cultivated from the blood of 20 healthy donors. We checked the influence of fullerenes on the PBM-cells in an in-vitro system. Different antigens (BCG, tetanus toxin and PPD) were used to provoke different immune responses (TH1- or TH2-typ), to classify possible effects of fullerenes in different situations of an immune response. The fullerenes were added in different concentrations. We investigated the influence of the fullerenes on the proliferation of PBM-cells, the cytokine production (IL-1, IL-5, IL-6, IL-10, IL-13, IFN-gamma, TNF-alpha, TNF-beta, GM-CSF via sandwich-ELISA) and the early activation of immune cells by CD69 expression with flow cytometry. We could show an increased proliferation of PBM-cells through the used fullerenes. An increased CD69 expression was only found on natural killer cells. There was no influence of the production of t-cell-associated cytokines, but the secretion of IL-6 was significantly increased. In summary, the used fullerenes do not suppress the immune system and show no cytotoxicity. They especially don’t affect specific/adaptive immune cells. But our data shows definitely an activation of innate immune cells like natural killer cells.