Biologische Funktionalisierung von Calciumphosphat-Nanopartikeln zur Transfektion von Zellen

• Applicants: Professor Dr. Matthias Epple; Professor Dr. Rolf Heumann
• Subject Area: Biological and Biomimetic Chemistry
• Term: from 2007 to 2011
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 35675063

• Final Report Year: 2011

Final Report Abstract

In diesem Projekt wurden biokompatible Calciumphosphat-Nanopartikel durch kontrollierte Fällung synthetisiert, die durch Funktionalisierung mit Nukleinsäuren (DNA, siRNA) als ein- und mehrschalige Partikel in kolloidaler Form stabilisiert sind. Diese Nanopartikel wurden zur Transfektion (DNA) oder Gen-Stummschaltung (siRNA) an verschiedenen Zelllinien erfolgreich eingesetzt. Die Transfektion mit Calciumphosphat/DNA-Nanopartikel beeinflusste den intrazellulären Calciumspiegel nur sehr gering, während bei der klassischen Standard-Calciumphosphatmethode ein deutlicher Anstieg bis in den zytotoxischen Bereich beobachtet wurde. Unter Verwendung von Fluoreszenzfarbstoffen wurden die Calciumphosphat/DNA-Nanopartikel fluoreszierend markiert, so dass ihr Weg nach zellulärer Aufnahme mikroskopisch verfolgt werden konnte. Auch nach mehrwöchiger Lagerung der Calciumphosphat/DNA-Nanopartikel im Kühlschrank war die Transfektionseffizienz unverändert. Durch Verwendung eines Polyelektrolyten (Polyethylenimin; PEI) konnte die äußere Schale der Calciumphosphat/DNA-Nanopartikel ebenfalls kolloidal stabilisiert werden und führte gleichzeitig zu einer Umladung zu positiven Werten, so dass die Partikel leichter von den Zellen aufgenommen werden konnten. Schließlich konnte gezeigt werden, dass mit Antigen-beladene Calciumphosphat-Nanopartikel von primären dendritischen Zellen aufgenommen wurden.

Publications

• Lanthanide-doped calcium phosphate nanoparticles with high internal crystallinity and with a shell of DNA as fluorescent probes in cell experiments. J Mater Chem 2007;17:4153-4159.2
  Padilla Mondejar S, Kovtun A, Epple M
  
• Anorganische Nanopartikel zum Transport von Nucleinsäuren in Zellen. Angew Chem 2008;120:1402-1416
  Sokolova V, Epple M
  
• Calcium phosphate nanoparticles: colloidally stabilized and made fluorescing by a phosphate-functionalized porphyrin. J Mater Chem 2008;18:3655-3661
  Ganesan K, Kovtun A, Neumann S, Heumann R, Epple M
  
• Calcium phosphate nanoparticles for the transfection of cells. Bio-Med Mater Eng 2009;19:241-247
  Kovtun A, Heumann R, Epple M
  
• The use of size-defined DNA- functionalized calcium phosphate nanoparticles to minimise intracellular calcium disturbance during transfection. Biomaterials 2009;30:6794-6802
  Neumann S, Kovtun A, Dietzel ID, Epple M, Heumann R
  
• An injectable paste of calcium phosphate nanorods, functionalized with nucleic acids, for cell transfection and gene silencing. J Mater Chem 2010;20:6144-6148
  Klesing J, Chernousova S, Kovtun A, Neumann S, Ruiz L, Gonzalez-Calbet JM, et al.
  
• An outer shell of positively charged poly(ethyleneimine) strongly increases the transfection efficiency of calcium phosphate-DNA nanoparticles. J Mater Sci 2010;45:4952-4957
  Sokolova V, Neumann S, Kovtun A, Chernousova S, Heumann R, Epple M
  
• Application of calcium phosphate nanoparticles in biomedicine. J Mater Chem 2010;20:18-23
  Epple M, Ganesan K, Heumann R, Klesing J, Kovtun A, Neumann S, et al.