Multimodale Nanopartikel (Gold in Polylactid) und ihr Effekt in dreidimensionalen Zellkulturen als Organmodellen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Matthias Epple; Professorin Dr. Astrid M. Westendorf
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie ; Biomaterialien
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 417844584

Es wird vorgeschlagen, multimodale Nanopartikel zu synthetisieren, die nach der Aufnahme in Zellen verfolgt werden können, insbesondere im endolysosomalen System. Dies wird durch eine besondere Anbindung von spezifischen Fluoreszenzfarbstoffen erreicht. Fluoreszent markierte Biomoleküle werden an kleine Gold-Nanopartikel (Durchmesser ca. 10 nm) kovalent gebunden, wobei die Fluoreszenz durch die Nähe zum Gold-Kern gelöscht wird. Diese Gold-Nanopartikel werden in Polylactid-co-Polyglycolid-Nanopartikel (PLGA) eingebracht, wobei wir von etwa 10 Gold-Nanopartikeln in einem PLGA-Partikel (Durchmesser ca. 100 nm) ausgehen. Die Oberfläche des PLGA-Nanopartikels wird mit einem anderen Fluoreszenzfarbstoff versehen. Die zelluläre Aufnahme dieser multimodalen Nanopartikel wird quantitativ in 3D-Zellkulturmodellen (insbesondere Kryptenorganoide und Tumorspheroide) durch in-situ Laserkonfokalmikroskopie verfolgt. Wir konzentrieren uns dabei auf den Weg der Nanopartikel im komplexen dreidimensionalen zellulären Netzwerk und verfolgen den Effekt der multimodalen Nanopartikel und der durch sie eingebrachten Biomoleküle. Biomoleküle für die Gen-Stummschaltung (siRNA) werden an die Gold-Nanopartikel gebunden. Zunächst wird die Stummschaltung von fluoreszierendem eGFP als Modellprotein untersucht, gefolgt von der Stummschaltung von klinisch relevanten inflammatorischen Proteinen wie TNF-α, KC, und IP 10. Weiterhin wird das Apoptose-inhibierende Protein Survivin als potentielles Zielprotein adressiert. Dadurch erreichen wir eine Validierung und eine klinische Relevanz unseres Konzeptes zur Gen-Stummschaltung durch multimodale Nanopartikel.Zusammenfassend streben wir ein besseres Verständnis der biologischen Wirkung von funktionellen Nanopartikeln an (u.a. Fragen nach der Dosis, dem Weg, dem Verbleib), wobei dreidimensionale Zellkulturmodelle als Brücke zwischen "klassischen" zweidimensionalen Zellkulturmodellen und tierexperimentellen Studien stehen. Eine quantitative Validierung von zwei- und dreidimensionalen Zellkulturmodellen in Bezug auf biologisch aktive Nanopartikel wird angestrebt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen