Authors:	Heidary Fard, Liya
Title:	Synthese, Charakterisierung und biologische Evaluation von Polypept(o)id-basierten mRNA- und DNA-Vakzinen
Online publication date:	8-Mar-2022
Year of first publication:	2022
Language:	german
Abstract:	In den letzten zwei Jahrzehnten kam es zu einer beträchtlichen Weiterentwicklung bei der Verwendung polymerbasierter Nanopartikel als Transportsysteme für Nukleinsäuren. Im Gegensatz zu den natürlichen Transportern (Viren) können synthetische Transporter von einer viel größeren Anzahl an künstlichen Aminosäuren und Bausteinen profitieren. Über die gezielte Einführung verschiedener, funktioneller Gruppen sind diese „künstlichen Viren“ in der Lage auf die Veränderungen der biologischen Umgebung zu reagieren. Die Eigenschaften der Untereinheiten wie Polymer-Größe, Gesamtladung, Anzahl, Sequenz, und Topologie (lineare, verzweigte, hyperverzweigte oder dendritische Struktur und Bindungsstellen für zusätzliche funktionelle Gruppen) spielen eine entscheidende Rolle für die Transfektionseffizienz. Die präzise und reproduzierbare Synthese eines solchen Multiblock-copolymers mit definierten Sequenzen lässt sich über die „Ringöffnende Polymerisation“ (ROP) von N Carboxyanhydriden (NCA) realisieren. In der vorliegenden Arbeit wurde eine signifikante Anzahl und Vielfalt an sequenzdefinierten Triblockcopolymeren aus bioabbaubaren Monomeren (Aminosäuren) hergestellt, mit dem Ziel, den Nukleinsäure-Transport und deren Bioaktivität zu verbessern. Um die extrazellulären und intrazellulären pharmakologischen Barrieren für eine bessere systemische Anwendung zu überwinden, wurden Funktionsbausteine wie Abschirmungsdomäne, Targeting-Liganden, hydrophobe Domäne und endosomolytische Eigenschaften in die Polyplexe eingebaut. Die resultierenden Kern-Schale-Strukturen, hervorgerufen durch die Komplexierung der pDNA und/oder mRNA, wurde zur Transfektion von Immunzellen (humane T-Zellen und dendritische Zellen) eingesetzt. Es konnte gezeigt werden, dass Aspekte wie der chemische Aufbau der Polymere, die Eigenschaften einzelner Blöcke, die Art (nicht-kovalent, kovalent) und Weise (Redox- oder pH-sensible Gruppen o.ä.), wie „Zellpenetrierende Peptide“ (CPPs) an einem System angebracht werden, der Zell- und Nukleinsäure-Typ, die Internalisierungswege der Polyplexe und in welcher Art von Zellkompartiment sich das Partikel schlussendlich befindet eine große Rolle bei der Transfektionseffizienz der Polyplexe spielen. Darüber hinaus trägt die genaue Durchführung der Transfektion-Assays ebenfalls einen entscheidenden Teil bei. The last two decades have produced a considerable amount of advanced applicability for the usage of polymer based nano particles as transportation systems for nucleic acids. In contrast to the transporting systems of nature (viruses), artificially constructed transporters may profit from a large number of synthesized amino acids and building blocks in general. The properties of each sub-unit play a vital role for the overall efficacy of transfection, among which are the polymer’s size, total charge, quantity, sequence, and topology (such as linear, branched, hyper-branched or dendritic structure motifs, as well as binding sites for additional functional groups). By means of a “ring-opening polymerization”-reaction (ROP) of N Carboxyanhydrides, multi block co-polymers with defined sequences can be realized in a precise and reproducible fashion. The work present-at-hand describes the syntheses of a significant number of tri-block co-poylmers with a large variety considering the sequences. They were prepared from bio-degradable monomers (amino acids), thus serving the purpose to improve both nucleic acid transportation as well as bioactivity. In order to surpass any extra-cellular and intra-cellular pharmacological barriers to the polyplexes for the sake of gaining advanced systemic applicability, building blocks with inherent functionality were introduced, among which are shielding domains, targeting ligands, hydrophobic domains and domains which allow for endosomolytic properties. By complexing of pDNA and/or mRNA with the polyplex, core-shell-structures are obtained which are further being used in the transfection of immune cells (humane T-cells and dendritic cells). It turned out, that certain aspects regarding polyplexes play a crucial role for their biological activity and transfection efficacy, such as the chemical structure of the polymers, the properties of individual blocks, the way that “cell-penetrating peptides” (CPPs) are attached to the polyplex system (non-covalent vs. covalent bonding; redox-sensitive or pH-sensitive groups, etc.), the cell type and the type of nucleic acid being used, the internalization pathway chosen upon the polyplex, and the type of cell compartment in which the polyplex eventually wanders in. Furthermore, it was shown that the exact procedure which ought to be followed for successful transfection assays plays another vital role.
DDC:	500 Naturwissenschaften 500 Natural sciences and mathematics 540 Chemie 540 Chemistry and allied sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-6743
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-openscience-58e74280-ae3f-427c-a5b0-9672d8579f888
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	CC BY-ND
Information on rights of use:	https://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0/
Extent:	XVI, 136 Seiten, Illustrationen, Diagramme
Appears in collections:	JGU-Publikationen