Entwicklung von Lipoplex-beladenen Modelloberflächen für die in situ Transfektion im Bereich der Knochenregeneration

• Antragsteller: Dr. Christian Wölk
• Fachliche Zuordnung: Pharmazie ; Biomaterialien
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 396823779

Mit dem § 4b des Arzneimittelgesetzes sind die Arzneimittel für neuartige Therapien (ATMPs = advanced therapy medicinal products) fest in der deutschen Gesetzgebung verankert, wodurch der Arzneimittelbegriff erweitert und modernisiert wurde. ATMPs umfassen Gentherapeutika, somatische Zelltherapeutika sowie biotechnologisch bearbeitete Gewebeprodukte und sind in der EU Richtlinie 2009/120/EG gesetzlich definiert. Ein ideales Einsatzgebiet für die Gentherapie ist die DNA-initiierte Knochenregeneration in der regenerativen Medizin. In der westlichen Welt weisen 5-10% der Knochenbrüche eine unzureichende Heilung auf, was mit erheblichen Arbeitsausfällen und Kosten für das Gesundheitssystem verbunden ist. So gibt es zahlreiche Bestrebungen in der regenerativen Medizin, eine schnelle Osteoneogenese an geeigneten Gerüstsubstanzen zu initiieren, um die Heilung von Knochenbrüchen anzuregen. Bei diesen Bestrebungen spielen jedoch rekombinant hergestellte Proteine eine große Rolle, wodurch hohe Therapiekosten und aufwendige biotechnologische Herstellungsverfahren zu erwarten sind. Die große Vision dieses Projekts ist es, DNA-beladene Materialüberzüge herzustellen, welche durch gentherapeutische Ansatzpunkte die lokale osteogene Zelldifferenzierung von rekrutierten Mesenchymalen Stammzellen anregen und somit zu einer schnellen Heilung von Knochendefekten führt. Um dies zu realisieren, verfolgt das Vorhaben mehrere Ziele. Erstens, sollen funktionalisierte Materialbeschichtungssysteme entwickelt werden, welche auf Polyelektolytmultischichten (PEM) basieren. Diese auf biokompatiblen Polymeren basierenden PEM-Filme sollen mit mehreren DNA-Schichten beladen werden, in denen die DNA durch hocheffiziente kationische Lipidformulierungen komplexiert wird. Diese Lipidsysteme haben sowohl Transfektions-steigernde als auch protektive Funktionen. Im Rahmen des Projekts gilt es nicht nur Methoden für die effektive Beladung von PEM-Filmen mit Lipid/DNA-Komplexen (Lipoplexen) zu erarbeiten, sondern auch die funktionalisierten PEM-Filme intensiv mit grenzflächensensitiven biophysikalischen Messmethoden zu charakterisieren. Den zweiten Projektschwerpunkt bildet die detaillierte Untersuchung der Interaktion von Zellen mit den funktionalisierten Modellfilmen, wobei Zell-Film-Interaktionen, Zellviabilitätsparameter und die Effektivität sowie die Dauer des DNA-Transfers aus den Filmen in die Zellen mit molekularbiologischen Methoden untersucht werden sollen. Als dritter Schwerpunkt sollen lipoplex-beladene PEM-Filme mit hoher Transfereffizienz und ausgeprägter Depotwirkung in in vitro Modellen hinsichtlich ihres Potenzials zur osteogenen Differenzierung von Zellen untersucht werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen