Das Verständnis der Biomolekül-Korona an der Nano-Bio-Grenzfläche: Richtungsweisend für die Entwicklung von immunevasiven Nanopartikeln

• Antragstellerin: Dr. Alessia Besford
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien ; Biologische und Biomimetische Chemie ; Biomaterialien
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 451339898

Hydrogel Nanopartikel sind durch vielfältige Modifizierbarkeit vielversprechende Systeme für den kontrollierten und gezielten Transport von Wirkstoffen. Die schnelle Elimination der Partikel aus dem Blutstrom, welche durch die Ausbildung einer Korona aus adsorbierten extrazellulären Biomolekülen induziert wird, limitiert jedoch die klinische Anwendung. Die Korona triggert dabei die Aktivierung von Komplement- und Gerinnungskaskaden und die Erkennung und Internalisierung der Partikel durch Phagozyten. Die Nanopartikel mit "stealth" (Verhinderung von zellulärer Erkennung und Internalisierung) und "low-fouling" (Proteinresistenz) Eigenschaften auszustatten wird häufig durch eine Oberflächenfunktionalisierung mit hydrophilen und ladungsneutralen Polymeren wie Polyethylen glycol (PEG) verwirklicht. In meinem beantragten Projekt, stelle ich den herkömmlichen Ansatz, die Verwendung von "stealth" und "low-fouling" Technologien um Nanopartikel vor Immunerkennung zu „tarnen“, in Frage und stelle einen neuen Ansatz vor, indem immunmodulierende Biomoleküle in die Struktur der Nanopartikel eingebettet werden, welche die Elimination durch das Immunsystem gezielt verhindern können (mit dem Immunsystem wird aktiv kommuniziert, anstatt es zu umgehen). PEG Nanopartikel werden über oberflächeninitiierte Atom Transfer Radical Polymerization synthetisiert. Anschließend soll Heparin einerseits aufgrund seiner antikoagulierenden Eigenschaften und außerdem seiner Fähigkeiten andere Moleküle wie beispielsweise Faktor H, Antithrombin III, CD47 und CD55 binden zu können, in die Partikelstruktur integriert werden. Diese Moleküle markieren die Partikel entweder als „eigen“ oder wirken aktiv spezifischen Immunreaktionen entgegen, wodurch unerwünschte Immunantworten reduziert werden können. Blutinkubations-Versuche werden durchgeführt, um die Aufnahme der Partikel in die individuellen Zellen zu identifizieren und die Wechselwirkungen mit den unterschiedlichen Bereichen des Immunsystem vollumfänglich zu analysieren und zu verstehen. Diese Daten werden mit einer detaillierten proteomischen Charakterisierung der Biomolekül-Korona verknüpft. Die Entschlüsselung der immunologischen Bedeutung der Biomolekül-Korona, und deren Verknüpfung mit der Nanopartikel Erkennung durch Phagozyten wird die Identifizierung weiterer (Bio-) Moleküle zur Modulation der Immunreaktionen erlauben, sodass die Elimination der Partikel durch das Immunsystem verringert werden kann. Die verlängerte Zirkulation der Partikel im Körper erweitert das Potential von Nanopartikel-basierten-Systemen für therapeutische Anwendungen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen