Biologische Wechselwirkungen
Wechselwirkung der entwickelten Polymernanostrukturen mit Zellen und Gewebe
Nanopartikel zur zielgerichteten effizienten Translokation durch gastrointestinale Barrieren (CRC 1278 Polytarget / Project A05)
IBD treatment (Abbildung: Fabian Sobotta)
Basierend auf einer systematischen Plattform sollen in diesem Projekt Polymerpartikel erzeugt werden, die effektiv gastrointestinale Barrieren überwinden können und gezielt in Makrophagen als zentrale entzündungsfördernde Zellen in der Mukosa aufgenommen werden. Unsere Aufgabe ist es entprechende Polymernanostrukturen mit verschiedenen Größen und vor allem mit kontrollierter anisotroper Form herzustellen und mit speziellen Liganden zu versehen. Damit soll vor allem die Translokationseffizienz verbessert und die Haftung bzw. Aufnahme in die Zielzellen optimiert werden. Ein Durchmesser im Nanometerbereich soll dabei einen einen effizienten Transport durch Mucus und Epithelzellen garantieren, während die Länge und große Oberfläche eine Haftung an den Makrophagen der in Schleimhaut begünstigt.
Stimuli-reaktive Polymere für den intelligenten Transport
Endosomale Freisetzung (Abbildung: Franziska Hausig)
Polymere werden unterschiedlichsten Einflüssen in biologischen Medien ausgesetzt, beispielsweise schwankenden pH-Werten, unterschiedlichsten Redox-Potentialen oder variablen Temperaturen. Allerdings können diese externen Stimuli auch genutzt werden, um gezielt Hürden zu überwinden beim Transport von Pharmazeutika an den gewünschten Wirkungsort. Wir untersuchen unter anderem basische Polymere, die in Abhängigkeit des pH-Werts protoniert bzw. geladen oder ungeladen vorliegen. Entsprechende Polymere können beispielsweise eine Freisetzung aus dem Endo- bzw. Lysosom bewirken, da sie bei der zunehmend sauren Umgebung stark geladen werden. Um Zusammenhänge zwischen der Basizität eines Materials und seiner Fähigkeit, das Endosom zu überwinden, zu identifizieren, haben wir verschiedenste Freisetzungstests etabliert, bei denen Moleküle mit unterschiedlicher Molmasse und Funktionalität als Modelle verwendet werden (z.B. Calcein, Dextran, Proteine, Nukleinsäuren).
In Vitro Studien
Polymere Nanopartikel stellen eine vielversprechende Möglichkeiten dar pharmazeutische Wirkstoffe kontinuirlich bzw. selektiv am Wirkort freizusetzen. Neben der grundlegenden Biokompatibilität werden bei uns verschiedene biologische Charakterisierungen durchgeführt, unter anderem zur Aufnahme in Zellen oder zur Effizienz der Wirkstoffabgabe. Basierend auf standardisierten Tests (ISO-10993-5) wird beispielsweise die Zytotoxizität neuartiger Polymere für die Nanomedizin bewertet. Auch Hämokompatibilitätstests werden nach dem aktuellen Stand der Technik durchgeführt. Weiterhin untersuchen wir die Fähigkeit von Materialien, verschiedene Präparate, einschließlich kleiner Moleküle, Makromoleküle, Proteine und Nukleinsäuren in ihren Aktionsbereich innerhalb der Zelle zu liefern. Deshalb werden ständig neue Methoden und Nachweise (Assays) entwickelt, um detailliertere Struktur-Eigenschaftsbeziehungen aufbauen zu können. Für diese Zwecke steht uns eine große Anzahl von Zelllinien aus verschiedenen Säugetieren zur Verfügung.