Analyse interagierender Partikel‐Zell‐Systeme mittels Durchflusszytometrie und mehrdimensionalen Populationsbilanzen

Zur Bestimmung der Cluster zusammensetzung und ihrer Dynamik in Heteroaggregationsprozessen hat sich die Durchflusszytometrie als wertvolles Messverfahren erwiesen. Sie ermöglicht die unabhängige Auflösung mehrdimensionaler Verteilungen durch eine zuverlässig automatisierte Einzelpartikelanalyse in bisher unerreichtetem Detaillierungsgrad. Bei Untersuchungen binärer und ternärer Partikelgemische lag der Fokus auf elektrostatischen (De‐)Stabilisierungseffekten, die durch die Auswahl geeigneter Partikelspezies und deren Mischungsverhältnis maßgeblich gesteuert werden können. Experimentelle Ergebnisse konnten mit mehrdimensionalen deterministischen Populationsbilanzen simuliert werden. Der physikalisch diskrete Eigenschaftsraum wurde adaptiv mit einer semi‐heuristischen Methode reduziert, so dass nur Eigenschaftskoordinaten mit hohen Partikelkonzentrationen im Modell berücksichtigt werden. Die verwendeten Aggregationskernel basieren auf kolloidchemischen Grundlagen, insbesondere der DLVO‐Theorie, und verknüpfen die Interaktionen auf der Einzelpartikelskala mit dem makroskopischen Verhalten gesamter Partikelpopulationen. Die an partikulären Systemen entwickelten Methoden wurden erfolgreich für eine systematische, modellgestützte Aufklärung präferentieller Aggregationsprozesse in einem ternären System aus Antikörpern und zwei humanen Tumorzelllinien (KARPAS‐299 und U‐937) eingesetzt. Trotz angenommener instantanter Aggregation bei Rezeptor‐Ligand‐Kollisionen, verursacht die geringe Rezeptorkonzentration einen ratenlimitierten Aggregationprozess (RLCA) durch die geringe Oberflächenkonzentration zellulärer Rezeptoren. Populationsbilanzsimulationen mit Kernels, die stark heterogene Oberflächenstukturen der aggregierenden Spezies berücksichtigen ( patchy particles ), bestätigen die experimentellen Befunde. Die zielgerichtete Verabreichung pharmazeutischer Wirkstoffe mittels Carrier partikeln an spezifische Zellen unter Minimierung nachteiliger Beeinflussung übriger Zelltypen ( targeted drug delivery ) ist ein potentielles Anwendungsgebiet dieser Ergebnisse.