Synthese, Charakterisierung und biologische Evaluation von Polypept(o)id-basierten mRNA- und DNA-Vakzinen
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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.