Kurzfassung

Das zentrale Nervensystem (ZNS) wird durch die Bluthirnschranke (BHS) vor dem Eindringen von pathogener Substanzen und Faktoren geschützt. An der Bildung der BHS sind verschiedene Zellarten, wie die mikrovaskulären Endothelzellen, Astrozyten und Perizyten beteiligt. Für die hohe Barrierefunktion sind vor allem die Endothelzellen mit ihren hochabdichtenden Zell-Zellkontakten, den sog. tight junctions, verantwortlich. Eine Überwindung dieser Barriere stellt eine grosse Herausforderung an das...Das zentrale Nervensystem (ZNS) wird durch die Bluthirnschranke (BHS) vor dem Eindringen von pathogener Substanzen und Faktoren geschützt. An der Bildung der BHS sind verschiedene Zellarten, wie die mikrovaskulären Endothelzellen, Astrozyten und Perizyten beteiligt. Für die hohe Barrierefunktion sind vor allem die Endothelzellen mit ihren hochabdichtenden Zell-Zellkontakten, den sog. tight junctions, verantwortlich. Eine Überwindung dieser Barriere stellt eine grosse Herausforderung an das Design von neuartigen therapeutischen Agenzien dar, da bei Erkrankungen des ZNS (z.B. Morbus Alzheimer, Morbus Parkinson, HIV-bedingte Demenz und malignen Erkrankungen wie Glioblastomen) der therapeutische Zugang zum ZNS durch die BHS erschwert oder gar unmöglich ist. Ein vielversprechender neuartiger Ansatz bei der Behandlung von ZNS-Erkrankungen ist der Einsatz von nanoskopischen Materialien als Carriersysteme zum Transport pharmakologischer Substanzen über die BHS oder bei der Gentherapie.
Eine Grundvoraussetzung für die therapeutische Nutzung eines Nanocarriers ist die gute Aufnahme in den Organismus und eine ausreichende Bioverträglichkeit. Hinzu kommt, dass die meisten im Labor getesteten Transfektions-Vehikel bei sich teilenden Zellen erfolgreich waren. Jegliche DNA, welche sich vor der Mitose und der resultierenden Auflösung der Kernmembran im Zytoplasma befindet, erhält bei Erreichen der M-Phase Zugang zum nuklearen Kompartiment. Hingegen lassen sich viele primäre Zellen, im Wachstum retardierte Zellen und differenzierte Zellen nur schwer transfizieren. Neurone zum Beispiel reagieren äußerst sensitiv auf mechanischen Stress, Temperaturveränderungen, Veränderungen im pH und in der Osmolarität. Da Bürstenpolymere mit ihren unzähligen Bindungsstellen innerhalb ihrer Seitenketten in der Lage sind, DNA relativ dicht zu verpacken, eignen sich die resultierenden Nanoplexe zur Transfektion empfindlicher Zellen. Die zelluläre Aufnahme von nanoskopischen Materialien kann zudem am besten untersucht werden, wenn diese Partikel durch einen Fluoreszenzfarbstoff markiert sind und somit in der intakten Zelle lokalisiert werden können.

Im Rahmen des beantragten Projektes sollen Bürstenpolymeren mit Poly-L-Lysin- und Polyvinylpyridinium-Seitenketten generiert werden, die vor allem in der Bluthirnschranke und im ZNS verbesserte Transfektionsraten gegenüber etablierten und kommerziell erhältlichen Transfektionssystemen aufweisen. Die durch die AG Schmidt synthetisierten Materialien werden bezüglich ihrer Transfektionsfähigkeit sowohl in etablieren Zelllinien als auch in primären Zellen hin untersucht. Zu diesem Zweck wird ein pEGFP-C3-Vektor verwendet, welcher ein grün fluoreszierendes Protein kodiert. Zur Untersuchung der zellulären Aufnahme erhalten die Partikel eine Fluoreszenzmarkierung, die qualitative (konfokale Mikroskopie) und quantitative Aussagen (Durchflusszytometrie) ermöglichen soll. Die Durchflusszytometrie wurde im Rahmen der Kooperation zwischen den AGs Luhmann und Schmidt in den vergangenen zwei Jahren bereits erfolgreich genutzt und stellt eine für diese Kooperation erforderliche Technik dar.
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