Biomimetisch heteromultivalent bindende Nanopartikel für die Zellerkennung

• Antragsteller: Professor Dr. Achim Goepferich
• Fachliche Zuordnung: Pharmazie
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 201586423

• Erstellungsjahr: 2021

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Ziel des Projektes war die Entwicklung von Nanopartikeln mit der Fähigkeit zur selektiven Erkennung von Mesangialzellen als Zielzellen. Dies sollte durch die Entwicklung von Nanopartikeln mit der Fähigkeit der sequenziellen Präsentation von Molekülen der Nanopartikelcorona mit der Zellmembran von Zellen realisiert werden. Im Rahmen des Projektes konnte gezeigt werden, dass es möglich ist, Nanopartikel so zu designen, dass ihnen eine solche sequenzielle Präsentation möglich ist und dass diesen in der Tat eine sehr selektive Erkennung von Zielzellen selbst in Kokulturen mit anderen Zellen gelingt. Dabei konnten zwei Strategien erfolgreich umgesetzt werden. Zum einen gelang es, die Erkennung mittels eines Substrats in der Nanopartikelkorona durch ein Ektoenzym und dessen Umwandlung in einen Rezeptorliganden, der die zelluläre Aufnahme auslöst, zu realisieren. Zum anderen konnten in der Nanopartikelkorona versteckte Liganden durch Bindung eines primär bindenden Liganden mobilisiert und durch ihr Andocken an einen geeigneten Rezeptor die Internalisierung auslöst werden. Da beide Ziele im Rahmen der praktischen Arbeiten sehr gut erreicht wurden, konnte damit begonnen werden, Nanopartikel mit ersten erfolgversprechenden Arzneistoffen wie Cinaciguat zu beladen. Dabei konnte gezeigt werden, dass sie im Rahmen der pathophysiologisch relevanten Prozesse ein überragendes therapeutisches Potenzial haben. Das Projekt konnte das Fundament für die weitere Erforschung von biomimetischen Nanopartikeln für Erkrankungen der Niere, bei denen das Mesangium eine prominente pathophysiologische Rolle spielt, gelegt werden. Die Wirksamkeit der entwickelten Nanopartikel soll zusammen mit Kollegen aus der Anatomie (Prof. Witzgall) und Physiologie (Prof. Schwede) in einschlägigen Krankheitsmodellen der Maus untersucht werden. Neben weiteren wissenschaftlichen Fragestellungen zur Verteilung der Partikel in andere Abschnitte der Niere soll parallel dazu das therapeutische Potenzial der entwickelten Systeme dargestellt und damit für die Therapie verfügbar gemacht werden.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2016) Heteromultivalent Virus-mimetic Nanoparticles for Specific Mesangial Cell Targeting
  Sara Maslanka-Figueroa
  
• Influenza A Virus Mimetic Nanoparticles Trigger Selective Cell Uptake. In: PNAS 2019, 116, 9831-9836
  Maslanka Figueroa, Sara; Veser, Anika; Abstiens, Kathrin; Fleischmann, Daniel; Beck, Sebastian; Goepferich, Achim
  
• Interaction of functionalized nanoparticles with serum proteins and its impact on colloidal stability and cargo leaching. In: Soft Matter 2019, 15, 709-720
  Abstiens Kathrin, Maslanka Figueroa Sara, Gregoritza Manuel, Goepferich Achim
  
• Ligand density and linker length are critical factors for multivalent nanoparticle–receptor interactions. In: ACS Applied Materials & Interfaces 2019, 11 (1), 1311-1320
  Abstiens Kathrin, Gregoritza Manuel, Goepferich Achim
  
• Microfluidic manufacturing improves polydispersity of multicomponent polymeric nanoparticles. In: Journal of Drug Delivery Science and Technology 2019, 49, 433-439
  Abstiens Kathrin, Goepferich Achim
  
• Adenovirus Mimetic Nanoparticles: Sequential Ligand-Receptor Interplay as a Universal Tool for Enhanced In Vitro/In Vivo Cell Identification. In: ACS Applied Materials & Interfaces 2020, 12, 3469- 34702
  Fleischmann, Daniel; Maslanka Figueroa, Sara; Beck, Sebastian; Abstiens, Kathrin; Witzgall, Ralph; Schweda, Frank; Tauber, Philipp; Goepferich, Achim
  
• Nanoparticles Mimicking Viral Cell Recognition Strategies Are Superior Transporters into Mesangial Cells. In: Advanced Science 2020, 1903204
  Maslanka Figueroa, Sara; Fleischmann, Daniel; Beck, Sebastian; Tauber, Philipp; Witzgall, Ralph; Schweda, Frank; Goepferich, Achim
  
• The Effect of Ligand Mobility on the Cellular Interaction of Multivalent Nanoparticles. In: Macromolecular Biosciences 2020, 20 (2), 1900427
  Maslanka Figueroa, Sara; Fleischmann, Daniel; Beck, Sebastian; Goepferich, Achim
  
• (2021) Virus-Mimetic Nanoparticles for the Therapy of Mesangial Cells in Diabetic Nephropathy
  Daniel Fleischmann