Lichtregulierte Freisetzung des rekombinanten Nervenwachstumsfaktors aus bakteriellen Hydrogelen

• Antragsteller: Dr. Shrikrishnan Sankaran
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 455063657

Der Nervenwachstumsfaktor (NGF - Nerve Growth Factor) ist ein äußerst vielseitiges Protein, welches abgesehen von der Regulierung verschiedener Prozesse in Epithel-, Immun- und Stammzellen auch das Wachstum und Überleben verschiedener Arten von Nervenzellen fördert. Ansätze zur therapeutischen Anwendung von NGF werden seit Jahrzehnten mit größtem Erfolg bei der Behandlung topischer Augen- und Hauterkrankungen untersucht. Die klinische Umsetzung von NGF-basierten Therapien ist zurzeit jedoch durch drei Haupthindernisse begrenzt:(i) Hohe Kosten - als großes und komplexes Protein sind die Kosten für Produktion, Reinigung, Lagerung und Lieferung bei chronischen Krankheiten, bei denen eine längere Verfügbarkeit erforderlich ist, sehr hoch und unpraktisch(ii) Geringe Stabilität - NGF wird durch Proteasen im Körper abgebaut, aufgrund derer häufig große Dosen und wiederholte Verabreichung erforderlich sind, was zu Nebenwirkungen führt(iii) Ineffiziente Abgabe - die Beladungskapazität von NGF in Arzneimittelfreisetzungsmaterialien und die Kontrolle über die Freisetzung sind sehr schlechtDas vorgeschlagene Projekt zielt darauf ab, die genannten Hindernisse zu überwinden, indem bakterielle Hydrogele entwickelt werden, die NGF auf kontrollierte Weise produzieren und abgeben können. Die Bakterien werden optogenetisch für die langfristige Versorgung mit frisch produziertem NGF konstruiert, dessen Produktion und Sekretion präzise durch Licht ferngesteuert werden. Dies wird erreicht durch:(i) genetische Fusion eines rekombinanten NGF-Gens mit einem Trägerprotein / Signalpeptid, welches dieses aus den Bakterien heraus transportieren kann.(ii) Codieren der NGF-Sekretion in optogenetischen Plasmiden(iii) Entwicklung antibiotikafreier Plasmidretentionssysteme durch Ausschalten lebenswichtiger metabolischer Enzymgene aus dem Bakteriengenom und deren Kodierung innerhalb der optogenetischen PlasmideInsbesondere werden diese genetischen Schaltkreise in zwei Arten von Bakterien konstruiert - (i) E. coli, für die diese genetischen Module leicht verfügbar sind, und (ii) L. plantarum, ein Probiotikum, das für Haut und Auge vorteilhaft ist, für das jedoch die genetischen Module erheblich angepasst und optimiert werden müssen. Diese manipulierten Bakterien werden dann in Hydrogelkonstrukte eingekapselt, um das langfristige Überleben der Bakterien und die Freisetzung von NGF aufrechtzuerhalten und gleichzeitig das Entweichen von Bakterien zu verhindern. Dieses Projekt wird zur Entwicklung eines neuartigen lichtregulierten NGF-Abgabesystems führen, dessen Anwendbarkeit für chronische Haut- und Augenkrankheiten in Zukunft untersucht wird.Die aus diesem Projekt gewonnenen grundlegenden Erkenntnisse bilden die Grundlage für eine neue Strategie zur Verbesserung der Anwendbarkeit therapeutischer Proteine.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen