Controllable, local release of synthetic messenger RNA for recovery of the vessel wall
Biomaterials
Final Report Abstract
Der Kontakt von Blut mit Fremdoberflächen verschiedener Implantate, wie Gefäßprothesen und Stents, kann zu einer Aktivierung, Dysfunktion und Schädigung von Thrombozyten und Leukozyten führen. Weiterhin besteht ein großes Problem in der In-Stent Restenose von gestenteten Blutgefäßen durch Verlust der endothelialen Integrität mit einhergehender gesteigerter Proliferation glatter Muskelzellen in das Gefäßlumen. All diese Vorgänge können zu lebensbedrohlichen thrombotischen sowie inflammatorischen Komplikationen führen. Trotz enormer Fortschritte im Stentdesign und dem Einsatz von Wirkstoffbeschichtungen können thrombotische Komplikationen sowie In-Stent Restenosen noch immer nicht ausreichend vermieden werden. Deshalb war und ist das Ziel des Projektes die Entwicklung einer effektiven, bioaktiven Stentbeschichtung auf Basis einer CD39-kodierenden mRNA/CD39 Proteins, um zum einen die Thrombozytenaktivierung sowie die Proliferation glatter Muskelzellen ins Gefäßlumen nach Stentimplantation zu verhindern. Während der Förderungszeit konnte die Antragstellerin und ihre Arbeitsgruppe zunächst erfolgreich eine CD39-kodierende mRNA sowie ein rekombinant hergestelltes CD39 Protein generieren. Es wurde gezeigt, dass primäre Endothelzellen erfolgreich mit der CD39-kodierenden mRNA transfiziert werden können und das exprimierte Protein erfolgreich vor einer ADP-vermittelten Thrombozytenaktivierung schützt. Weiterhin konnte die CD39 mRNA mittels PLGA immobilisiert und die Funktionalität der Beschichtung in vitro mit HEK293 Zellen bestätigt werden. Die indirekte Transfektion von primären Zellen über eine CD39 mRNA Beschichtung muss jedoch noch weiter optimiert und durch weitere Ex-vivo- sowie In-vivo-Versuche bestätigt werden. Außerdem konnte erfolgreich gezeigt werden, dass das chimäre CD39-HSA Protein zu einer signifikant höheren Inhibition der Thrombozytenaktivierung und -aggregation nach Beschichtung auf Stents führt. Weiterhin zeigten die Beschichtungsversuche, dass das CD39 Protein effektiv und stabil auf dem Stentmaterial gebunden werden kann und ex vivo die gewünschten Eigenschaften hervorruft. Die in vivo Schweineversuche zeigten bisher jedoch noch keine signifikante Verbesserung hinsichtlich thrombotischer Ereignisse und beschleunigter Endothelialisierung im Vergleich zu den Kontroll-Stents. In weiteren, bereits geplanten Studien ist deshalb die Verbesserung der CD39-Protein sowie der CD39-mRNA Beschichtung geplant, um mithilfe der bereits generierten Daten den bioaktiven CD39-Stent weiterzuentwickeln. Insgesamt verlief die Entwicklung der neuartigen Stentbeschichtung sehr erfolgreich, sodass die meisten der im Antrag beschriebenen Arbeitspakete wie geplant durchgeführt werden konnten. Weitere Ex-vivo- und In-vivo-Versuche müssen jedoch noch folgen. Insgesamt stellen die in diesem Projekt gewonnenen Ergebnisse eine völlig neue und vielversprechende Grundlage für die routinemäßige Behandlung von atherosklerotischen Blutgefäßen jeglicher Art dar, womit Patienten, bei denen eine Stentimplantation unumgänglich ist, nachfolgend und sicher vor thrombotischen Komplikationen und Restenosierung geschützt werden könnten.
Publications
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(2015). "In vitro Study of a Novel Stent Coating Using Modified CD39 Messenger RNA to Potentially Reduce Stent Angioplasty-Associated Complications." PLoS One 10(9): e0138375
Abraham, M. K., A. Nolte, R. Reus, A. Behring, D. Zengerle, M. Avci-Adali, J. D. Hohmann, K. Peter, C. Schlensak, H. P. Wendel and S. Krajewski
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(2017). "Cationic nanoliposomes meet mRNA: Efficient delivery of modified mRNA using hemocompatible and stable vectors for therapeutic applications. Mol Ther Nucleic Acids 15(8): 459–468
Michel T, L. D., Abraham M-K, Reinhardt S, Salinas Medina M, Kurz J, Schaller M, Avci-Adali M, Schlensak C, Peter K, Wendel HP, Wang X, Krajewski S
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(2017). "Nanoliposomes for Safe and Efficient Therapeutic mRNA Delivery: A Step Toward Nanotheranostics in Inflammatory and Cardiovascular Diseases as well as Cancer." Nanotheranostics 1(2): 154-165
Abraham, M. K., K. Peter, T. Michel, H. P. Wendel, S. Krajewski and X. Wang
