Intrakamerales Drug Delivery für die Glaukomtherapie
Augenheilkunde
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel des Projekts war es, neuartige Konzepte und Verabreichungssysteme für Medikamente zur kausalen Behandlung des primären Offenwinkelglaukoms (POWG) zu entwickeln und mögliche neue molekulare Ziele und Signalwege für zukünftige Behandlungen zu identifizi eren. Als Firstline Therapie kommen blutdrucksenkende Medikamente zum Einsatz, die als Augentropfen verabreicht werden. Als Nachteile sind eine schlechte Compliance und geringe Bioverfügbarkeit zu nennen. Darüber hinaus wird die Entstehung des POWG im Trabekelwerk (TM) und im Schlemm'schen Kanal (SC) der vorderen Augenkammer nicht adressiert. In diesem Projekt wurden fünf verschiedene Ansätze verfolgt: (i) Connective Tissue Growth Factor (CTGF) spielt eine wichtige Rolle bei der Entstehung des POWG. Deshalb wurde eine nanopartikuläre Formulierung für die Verabreichung von microRNA (miRNA) zur Senkung erhöhter CTGF-Spiegel entwickelt. In einem ersten Schritt wurde die optimale Nanopartikelgröße mit Modell-Goldpartikeln von 5, 60, 80 und 120 nm untersucht. Es wurden deutlich mehr Partikel im TM als in der Hornhaut, der Iris, der Linse und dem Ziliarkörper nachgewiesen, was vorteilhaft ist, um das Risiko von Off-Target-Effekten zu minimieren. Größere Nanopartikel wiesen die höchste volumenbasierte Akkumulation im TM auf, während kleinere Partikel hinsichtlich der Partikelanzahl überlegen waren. In einem nächsten Schritt wurden zwei verschiedene Nanopartikelpräparationen (ca. 230 nm und 95 nm) für miRNA hergestellt, die jedoch leider die erhöhten CTGF-Spiegel nicht zu senken vermochten. (ii) Rho-assoziierte Proteinkinase (ROCK)-Inhibitoren sind eine neue Klasse von Medikamenten zur ursächlichen Behandlung des POWG. Um eine höhere Wirkstoffkonzentration zu erreichen und die Anwendungshäufigkeit zu reduzieren, wurden mit Fasudil beladene Mikropartikel für die intravitreale Applikation entwickelt. Zum ersten Mal wurde gezeigt, dass eine intravitreale Depotformulierung genutzt werden kann, um die vordere Augenkammer über einen längeren Zeitraum mit Wirkstoff zu versorgen. (iii) Es konnte nachgewiesen werden, dass der ROCK- Signalweg die Kontraktilität von Zellen im Signalweg beeinflusst. Darüber hinaus ist er an verschiedenen Regulierungsmechanismen während der Augenentwicklung beteiligt und trägt zur Aufrechterhaltung der Homöostase in einem gesunden Auge bei. Die Expression von CTGF induziert nachweislich Veränderungen in der Aktivität des RhoA/ROCK-Signalwegs und moduliert dadurch das homöostatische Gleichgewicht der BMP- und TGF-β-Signalwege, das bei POWG verschoben ist. (iv) Die Inaktivierung des Signalling zwischen Angiopoietin 1 (Angpt-1) und seinem Rezeptor Tie2 wird mit dem POWG in Verbindung gebracht. Da für eine erfolgreiche Rezeptoraktivierung ein Clustering mehrerer Rezeptoren erforderlich ist, wurden Nanopartikel entwickelt, die ein Angpt-1-mimetisches Peptid tragen und multivalent an Tie2-Rezeptoren binden. Die positive Wirkung in vitro deutet darauf hin, dass Angpt-1-mimetische Nanopartikel den Verlust der SC-Zellfunktion wiederherstellen könnten. (v) Mammalian target of rapamycin (mTOR) ist ein Mediator von TGF-β, der bei POWG eine wichtige Rolle spielt. mTOR-Inhibitoren wurden kürzlich für eine POWG-Behandlung erfolgreich getestet, aber es gibt kein Delivery System, um sie therapeutisch zu nutzen. Deshalb wurden mit Everolimus beladene Lipid- Nanokapseln (LNCs) hergestellt. Ihre therapeutische Wirkung wird derzeit getestet. Nun muss in einem nächsten Schritt die Machbarkeit dieser neuartigen Behandlungsansätze in vivo untersucht werden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Causative glaucoma treatment: promising targets and delivery systems. Drug Discovery Today, 24(8), 1606-1613.
Mietzner, Raphael & Breunig, Miriam
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European Association for Vision and Eye Research 2019, Nice, France , PLGA microspheres loaded with a ROCK inhibitor as an intravitreally injectable drug delivery system for the management of glaucoma. Poster presentation Raphael Mietzner
Raphael Mietzner
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European Association for Vision and Eye Research 2019, Nice, France. Distribution of nanoparticles in the anterior chamber of porcine eyes. Poster presentation Tobias Sonntag
Tobias Sonntag
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Controlled released society (CRS) German Local Chapter 2020, Munich, Distribution of nanoparticles in the anterior chamber of porcine eyes. Poster presentation Tobias Sonntag
Tobias Sonntag
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Controlled released society (CRS) German Local Chapter 2020, Munich, Glaucoma therapy - innovative therapeutic concepts and application routes . Invited talk Miriam Breunig
Miriam Breunig
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Controlled released society (CRS) German Local Chapter 2020, Munich, ROCK inhibitor loaded PLGA-microspheres as an intravitreally injectable drug delivery system for glaucoma therapy. Poster presentation Raphael Mietzner
Raphael Mietzner
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Fasudil Loaded PLGA Microspheres as Potential Intravitreal Depot Formulation for Glaucoma Therapy. Pharmaceutics, 12(8), 706.
Mietzner, Raphael; Kade, Christian; Froemel, Franziska; Pauly, Diana; Stamer, W. Daniel; Ohlmann, Andreas; Wegener, Joachim; Fuchshofer, Rudolf & Breunig, Miriam
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Angiopoietin-1 Mimetic Nanoparticles for Restoring the Function of Endothelial Cells as Potential Therapeutic for Glaucoma. Pharmaceuticals, 15(1), 18.
Mietzner, Raphael; Pawlak, Ramona; Tamm, Ernst R.; Goepferich, Achim; Fuchshofer, Rudolf & Breunig, Miriam
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Controlled released society (CRS) 25th Anniversary of the German Local Chapter and Inauguration of the BNLF Chapter, Aachen, 2021, Nanoparticles for restoring the function of Schlemm’s canal in primary open-angle glaucoma, Talk Raphael Mietzner
Raphael Mietzner
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Distribution of Gold Nanoparticles in the Anterior Chamber of the Eye after Intracameral Injection for Glaucoma Therapy. Pharmaceutics, 13(6), 901.
Sonntag, Tobias; Froemel, Franziska; Stamer, W. Daniel; Ohlmann, Andreas; Fuchshofer, Rudolf & Breunig, Miriam
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ISER/BrightFocus Foundation Glaucoma Symposium2021, Atlanta, Nitric Oxide – a Regulator of Biomechanical Properties and Molecular Pathways in the Outflow Tissues. Poster presentation Ramona Pawlak
Ramona Pawlak
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DPhG Annual Meeting 2022, Marburg, Glaucoma therapy – innovative therapeutic concepts and application routes. Invited talk Miriam Breunig
Miriam Breunig
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Association for Research in Vision and Ophthalmology Annual Meeting 2023, New Orleans, CTGF tip the balance of growth factors towards TGF-β2 in the trabecular meshwork in vivo and in vitro. Invited talk Rudolf Fuchshofer
Rudolf Fuchshofer
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CCN2/CTGF tip the balance of growth factors towards TGF-β2 in primary open-angle glaucoma. Frontiers in Molecular Biosciences, 10.
Dillinger, Andrea E.; Kuespert, Sabrina; Seleem, Amin A.; Neuendorf, Jakob; Schneider, Magdalena & Fuchshofer, Rudolf
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Association for Research in Vision and Ophthalmology Annual Meeting 2024, Seattle, Altered collagen levels in the outflow tissue of DCN-/- mice. Poster presentation Rudolf Fuchshofer
Rudolf Fuchshofer
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Association for Research in Vision and Ophthalmology Annual Meeting 2024, Seattle, CCN2/CTGF levels affect neovascularization and capillary growth in oxygen - induced retinopathy. Invited talk Andrea Dillinger
Andrea Dillinger
