Die Entwicklung eines Aptamer-modifizierten Polymer-Nanopartikelsystems zur zielgerichteten Freisetzung von Wirkstoffen

Abstract

In der vorliegenden Dissertation wurde ein Targeted Drug delivery System (TDDS) entwickelt. TDDS sollen die kontrollierte Freisetzung eines Wirkstoffes an einem spezifischen Wirkort ermöglichen. Das TDDS der vorliegenden Arbeit besteht aus Polycaprolacton-basierten Polymer-Nanopartikeln. Die Funktionalisierung mit Aptameren auf der Oberfläche der Nanopartikel sorgt für eine spezifische Bindung an den Zielzellen. Aptamere eignen sich u.a. aufgrund ihrer niedrigen Immunogenität gut für den Einsatz im menschlichen Körper. Nach erfolgreich optimierter Herstellung der Nanopartikel, konnte das S15 Aptamer, das gegen die Lungenkrebszelllinie A549 gerichtet ist, auf der Oberfläche immobilisiert werden. Die Nanopartikel hatten eine Größe zwischen 50 und 100 nm, die für Nanoträger ideal ist, um sich in den Zielzellen anreichern zu können und nicht durch die Nieren oder die Leber aus dem Blutkreislauf herausgefiltert zu werden. In die Nanopartikel wurden erfolgreich die Wirkstoffe Paclitaxel und Camptothecin, die gegen verschiedene Arten von Krebs eingesetzt werden, eingekapselt. In Wasser bleiben die mit Wirkstoff beladenen Partikel stabil. Die Freisetzung des Wirkstoffes, die bei unterschiedlichen pH-Werten untersucht wurde, erfolgt bevorzugt in saurem Milieu, welches auch von Tumorzellen ausgebildet wird. Das entwickelte TDDS wurde abschließend in vitro untersucht. Dabei ist die Dichte des auf den Nanopartikeln immobilisierten Aptamers für eine spezifische Bindung an die Zielzellen verantwortlich. Ist die Dichte zu hoch, kann diese aufgrund sterischer Hinderungen zu unspezifischen Bindungen an die Kontrollzelllinie HeLa führen. Weiterhin wurde untersucht, über welchen Weg die Nanopartikel in die Zielzellen aufgenommen werden. Dazu kamen mit S15 konjugierte Quantum Dots (QDs) als Modellpartikel zum Einsatz, die wegen ihrer Fluoreszenzeigenschaften leichter detektierbar waren. Die funktionalisierten QDs werden über die Rezeptorvermittelte Endozytose in die Zelle aufgenommen. Abschließend wurde das entwickelte Targeted Drug Delivery System hinsichtlich seiner Toxizität auf die Zielzellen untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die mit Wirkstoff beladenen und mit S15 funktionalisierten Polymer-Nanopartikel einen toxischen Effekt auf die Lungenkrebszellen haben. Somit konnte in der vorliegenden Arbeit das Targeted Drug Delivery System erfolgreich entwickelt und in vitro eingesetzt werden.