Authors:	Heller, Philipp
Title:	Peptoplexes as artificial viruses for nucleic acid vaccine delivery
Online publication date:	26-May-2017
Year of first publication:	2017
Language:	english
Abstract:	ABSTRACT Nucleic acid vaccines encode subunit antigens on DNA or mRNA level which, following transfection of target cells, can be expressed and processed like conventional peptide antigens. Based on the current state of knowledge, this class of vaccines seems especially promising in the context of tumor immunotherapy. The present work describes the establishment of a novel class of non-viral vectors which are based on polypept(o)ides as underlying material and are capable to deliver nucleic acid vaccines into dendritic cells. In the context of medical application, polypept(o)ides hold great promise as a source material for the formation of biocompatible nanoparticles, since they combine high stability in aqueous solution, unique secondary structures and the intrinsic multifunctionality of the amino acids with enzymatic degradability. In order to bring nuceic acids into an intravenous administration form, the polypept(o)ides developed in this work are designed to condense pDNA or mRNA into polyplexes with core-shell architecture (PeptoPlexes). Introducing nucleic acids into non-dividing cells like dendritic cells is a challenging procedure. Thus, throughout the PhD thesis, polypept(o)ides and PeptoPlexes were constantly refined and functionality of the systems was increased successively. Methods applied for the development of PeptoPlexes involved organic and polymer synthesis, physicochemical characterization, biochemistry, microscopy studies, cell biology and animal studies. Eventually, the latest generation of PeptoPlexes succeeded in the transfection of dendritic cells by mimicking key functions of viruses, namely, targeted cellular uptake, stimuli-responsive disassembly, endosomal escape and nuclear import of the genetic code. Preliminary in vivo experiments indicate a favorable biodistribution of PeptoPlexes. . . KURZDARSTE L LUNG Nukleinsäure-basierte Impfstoffe codieren spezifische Antigene auf DNA- oder mRNAEbene, welche nach der Transfektion entsprechender Zielzellen exprimiert und wie ein konventionelles Peptidantigen prozessiert werden können. Nach gegenwärtigem Forschungsstand ergeben sich für diesen Vakzin-Typ besonders im Bereich der Tumorimmuntherapie vielversprechende Anwendungsmöglichkeiten. In der vorliegenden Arbeit wird eine neue Klasse non-viraler Vektoren etabliert, die auf Polypept(o)iden als zugrundeliegendem Material basieren und in der Lage sind, Nukleinsäure-Vakzine in dendritische Zellen zu transportieren. Im Hinblick auf die medizinische Anwendung bilden Polypept(o)ide ein sehr gut geeignetes Ausgangsmaterial für die Herstellung von biokompatiblen Nanopartikeln, da sie hohe Stabilität in wässriger Lösung, einzigartige Sekundärstrukturen und die intrinsische Multifunktionalität der Aminosäuren mit enzymatischer Abbaubarkeit vereinen. Um Nukleinsäuren in eine für die intravenöse Gabe geeignete Darreichungsform zu bringen, sind die in dieser Arbeit entwickelten Polypept(o)ide darauf ausgelegt, mRNA oder pDNA zu kondensieren und Polyplexe mit Kern-Schale-Struktur auszubilden (PeptoPlexe). Nukleinsäuren in teilungsinaktive Zellen, wie es dendritische Zellen sind, einzubringen, stellt eine große Herausforderung dar. Daher mussten die Polypept(o)ide und PeptoPlexe während der Doktorarbeit permanent weiterentwickelt und ihre Funktionalität schrittweise erhöht werden. Im Zuge der PeptoPlex-Entwicklung kamen Methoden aus dem Bereich der vii organischen Synthese und Polymersynthese, Methoden zur physikochemischen Charakterisierung, biochemische Methoden, Mikroskopie-Studien, Zellbiologie sowie Tierstudien zum Einsatz. Schließlich konnte mit der neuesten Generation an PeptoPlexen eine erfolgreiche Transfektion von dendritischen Zellen erreicht werden. Die Effizienz der PeptoPlexe kommt dabei durch die Nachahmung viraler Schlüsselfunktionen, d.h. zielgerichtete zelluläre Aufnahme, stimuliresponsive Disassemblierung, aktive endosomale Freisetzung und aktiver Transport der genetischen Information in den Zellkern, zustande. Vorläufige Experimente in vivo deuten auf eine vorteilhafte Biodistribution der PeptoPlexe hin. . .
DDC:	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-844
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000013265
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	xii, 283 Seiten
Appears in collections:	JGU-Publikationen