Magnetische multifunktionale Nanopartikel für die Implantat-dirigierte Wirkstoffanlieferung

Research output: ThesisDoctoral thesis

Authors

  • Dawid Peter Warwas
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Details

Original languageGerman
QualificationDoctor rerum naturalium
Awarding Institution
Supervised by
Thesis sponsors
  • German Research Foundation (DFG)
Date of Award9 Nov 2023
Place of PublicationHannover
Publication statusPublished - 2023

Abstract

The targeted treatment of implant-associated infections and organ diseases represents great challenges for physicians concerning the demographic change. For systemic treatment, high drug levels are often necessary to achieve an adequate concentration at the target location, which in turn increases the risk of undesirable side effects and resistance to antimicrobial drugs. The focus of this dissertation is therefore the development, production and characterization of different magnetic core-shell particle systems as drug carriers for targeted, effective treatment. Implant-directed magnetic drug targeting (ID-MDT) offers a promising approach for the selective treatment of implant-associated infections. In this concept, magnetic nanoparticles serve as drug carriers with the combined utilization of an external magnetic field and magnetizable implants. In the first part of this work, magnetic nanoporous silica nanoparticles (MNPSNPs) with superparamagnetic cores and a multifunctional highly porous silica shell as drug carriers are presented. Here, the focus is on particle and pore size adjustment as well as a specific modification with organic fluorophores, polyethylene glycol (PEG), periodic mesoporous organosilica (PMO) and the characterization of the associated material properties. The second part describes the application of the presented multifunctional particles as drug release systems. Using the antibiotic drug enrofloxacin, the influence of different modifications on the release profile is shown. In the third and final part of this thesis, magnetic silica particles (MSPs) serve as drug carriers for another variant of magnetic drug targeting (MDT). Here, after particle uptake by macrophages, a controlled release of drugs for the targeted treatment of organ diseases using hyperthermia is possible.

Cite this

Magnetische multifunktionale Nanopartikel für die Implantat-dirigierte Wirkstoffanlieferung. / Warwas, Dawid Peter.
Hannover, 2023. 222 p.

Research output: ThesisDoctoral thesis

Warwas, DP 2023, 'Magnetische multifunktionale Nanopartikel für die Implantat-dirigierte Wirkstoffanlieferung', Doctor rerum naturalium, Leibniz University Hannover, Hannover. https://doi.org/10.15488/15473
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title = "Magnetische multifunktionale Nanopartikel f{\"u}r die Implantat-dirigierte Wirkstoffanlieferung",
abstract = "Die zielgerichtete Behandlung von Implantat-assoziierten Infektionen und Organerkrankungen stellt die Mediziner in Anbetracht des demographischen Wandels vor gro{\ss}e Herausforderungen. So sind f{\"u}r eine systemische Behandlung h{\"a}ufig hohe Wirkspiegel f{\"u}r das Erreichen einer ad{\"a}quaten Konzentration am Zielort notwendig, welche wiederum das Risiko von unerw{\"u}nschten Nebenwirkungen und zunehmenden Resistenzen gegen{\"u}ber antimikrobiellen Wirkstoffen erh{\"o}hen. Der Fokus der vorliegenden Dissertation liegt daher in der Entwicklung, Herstellung und Charakterisierung von unterschiedlichen magnetischen Kern-Schale-Partikelsystemen als Wirkstofftr{\"a}ger f{\"u}r eine zielgerichtete effektive Behandlung. Das Implantat-dirigierte magnetische Wirkstoff-Targeting (ID-MDT) bietet hier einen vielversprechenden Ansatz zur selektiven Behandlung von Implantat-assoziierten Infektionen. Bei diesem Prinzip dienen magnetische Nanopartikel als Wirkstofftr{\"a}ger unter kombinierten Einsatz eines externen angelegten magnetischen Feldes und magnetisierbaren Implantaten. Im ersten Teil dieser Arbeit werden magnetische nanopor{\"o}se Silica-Nanopartikel (MNPSNPs) mit superparamagnetischen Kernen und einer multifunktionalen hochpor{\"o}sen Silica-Schale als Wirkstofftr{\"a}ger vorgestellt. Dabei liegt der Schwerpunkt in der Partikel- und Porengr{\"o}{\ss}eneinstellung sowie der gezielten Funktionalisierung mit organischen Fluorophoren, Polyethylenglycol (PEG), periodisch mesopor{\"o}sem Organosilica (PMO) sowie der Charakterisierung der damit verbundenen Materialeigenschaften. Der zweite Teil beschreibt den Einsatz der vorgestellten multifunktionalen Partikel als Wirkstofffreisetzungssysteme. Anhand des Antibiotikums Enrofloxacin wird dabei der Einfluss unterschiedlicher Modifizierungen auf das Freisetzungsprofil gezeigt. Im dritten und letzten Teil dieser Dissertation dienen magnetische Silica-Partikel (MSPs) als Wirkstofftr{\"a}ger f{\"u}r eine weitere Variante des magnetischen Wirkstoff-Targetings (MDT). Hierbei ist nach einer Partikelaufnahme durch Makrophagen unter Einsatz von Hyperthermie eine gesteuerte Freisetzung von Wirkstoffen f{\"u}r die zielgerichtete Behandlung von Organerkrankungen m{\"o}glich.",
author = "Warwas, {Dawid Peter}",
year = "2023",
doi = "10.15488/15473",
language = "Deutsch",
school = "Gottfried Wilhelm Leibniz Universit{\"a}t Hannover",

}

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TY - BOOK

T1 - Magnetische multifunktionale Nanopartikel für die Implantat-dirigierte Wirkstoffanlieferung

AU - Warwas, Dawid Peter

PY - 2023

Y1 - 2023

N2 - Die zielgerichtete Behandlung von Implantat-assoziierten Infektionen und Organerkrankungen stellt die Mediziner in Anbetracht des demographischen Wandels vor große Herausforderungen. So sind für eine systemische Behandlung häufig hohe Wirkspiegel für das Erreichen einer adäquaten Konzentration am Zielort notwendig, welche wiederum das Risiko von unerwünschten Nebenwirkungen und zunehmenden Resistenzen gegenüber antimikrobiellen Wirkstoffen erhöhen. Der Fokus der vorliegenden Dissertation liegt daher in der Entwicklung, Herstellung und Charakterisierung von unterschiedlichen magnetischen Kern-Schale-Partikelsystemen als Wirkstoffträger für eine zielgerichtete effektive Behandlung. Das Implantat-dirigierte magnetische Wirkstoff-Targeting (ID-MDT) bietet hier einen vielversprechenden Ansatz zur selektiven Behandlung von Implantat-assoziierten Infektionen. Bei diesem Prinzip dienen magnetische Nanopartikel als Wirkstoffträger unter kombinierten Einsatz eines externen angelegten magnetischen Feldes und magnetisierbaren Implantaten. Im ersten Teil dieser Arbeit werden magnetische nanoporöse Silica-Nanopartikel (MNPSNPs) mit superparamagnetischen Kernen und einer multifunktionalen hochporösen Silica-Schale als Wirkstoffträger vorgestellt. Dabei liegt der Schwerpunkt in der Partikel- und Porengrößeneinstellung sowie der gezielten Funktionalisierung mit organischen Fluorophoren, Polyethylenglycol (PEG), periodisch mesoporösem Organosilica (PMO) sowie der Charakterisierung der damit verbundenen Materialeigenschaften. Der zweite Teil beschreibt den Einsatz der vorgestellten multifunktionalen Partikel als Wirkstofffreisetzungssysteme. Anhand des Antibiotikums Enrofloxacin wird dabei der Einfluss unterschiedlicher Modifizierungen auf das Freisetzungsprofil gezeigt. Im dritten und letzten Teil dieser Dissertation dienen magnetische Silica-Partikel (MSPs) als Wirkstoffträger für eine weitere Variante des magnetischen Wirkstoff-Targetings (MDT). Hierbei ist nach einer Partikelaufnahme durch Makrophagen unter Einsatz von Hyperthermie eine gesteuerte Freisetzung von Wirkstoffen für die zielgerichtete Behandlung von Organerkrankungen möglich.

AB - Die zielgerichtete Behandlung von Implantat-assoziierten Infektionen und Organerkrankungen stellt die Mediziner in Anbetracht des demographischen Wandels vor große Herausforderungen. So sind für eine systemische Behandlung häufig hohe Wirkspiegel für das Erreichen einer adäquaten Konzentration am Zielort notwendig, welche wiederum das Risiko von unerwünschten Nebenwirkungen und zunehmenden Resistenzen gegenüber antimikrobiellen Wirkstoffen erhöhen. Der Fokus der vorliegenden Dissertation liegt daher in der Entwicklung, Herstellung und Charakterisierung von unterschiedlichen magnetischen Kern-Schale-Partikelsystemen als Wirkstoffträger für eine zielgerichtete effektive Behandlung. Das Implantat-dirigierte magnetische Wirkstoff-Targeting (ID-MDT) bietet hier einen vielversprechenden Ansatz zur selektiven Behandlung von Implantat-assoziierten Infektionen. Bei diesem Prinzip dienen magnetische Nanopartikel als Wirkstoffträger unter kombinierten Einsatz eines externen angelegten magnetischen Feldes und magnetisierbaren Implantaten. Im ersten Teil dieser Arbeit werden magnetische nanoporöse Silica-Nanopartikel (MNPSNPs) mit superparamagnetischen Kernen und einer multifunktionalen hochporösen Silica-Schale als Wirkstoffträger vorgestellt. Dabei liegt der Schwerpunkt in der Partikel- und Porengrößeneinstellung sowie der gezielten Funktionalisierung mit organischen Fluorophoren, Polyethylenglycol (PEG), periodisch mesoporösem Organosilica (PMO) sowie der Charakterisierung der damit verbundenen Materialeigenschaften. Der zweite Teil beschreibt den Einsatz der vorgestellten multifunktionalen Partikel als Wirkstofffreisetzungssysteme. Anhand des Antibiotikums Enrofloxacin wird dabei der Einfluss unterschiedlicher Modifizierungen auf das Freisetzungsprofil gezeigt. Im dritten und letzten Teil dieser Dissertation dienen magnetische Silica-Partikel (MSPs) als Wirkstoffträger für eine weitere Variante des magnetischen Wirkstoff-Targetings (MDT). Hierbei ist nach einer Partikelaufnahme durch Makrophagen unter Einsatz von Hyperthermie eine gesteuerte Freisetzung von Wirkstoffen für die zielgerichtete Behandlung von Organerkrankungen möglich.

U2 - 10.15488/15473

DO - 10.15488/15473

M3 - Dissertation

CY - Hannover

ER -

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