Ultraschallkontrollierte Krebsimmuntherapie mit DNA-Nanostrukturen

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Herrmann
• Fachliche Zuordnung: Pharmazie ; Biomaterialien ; Immunologie ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 464121872

Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines neuen fortschrittlichen Wirkstofftransportsystems (WTS), das für die Krebsimmuntherapie eingesetzt werden soll. Dieses WTS wird responsiv gegenüber Ultraschall sein. Ultraschall ist der Stimulus der Wahl aufgrund seiner vielen Vorteile, wie z.B. seiner tieferen Penetrationsfähigkeit und seiner minimalen Invasivität. Die Wirkstoffe, die verabreicht werden sollen, sind kurze DNA-Oligomere mit der Bezeichnung CpG-Oligodesoxynukleotide (CpG-ODNs). Diese ODNs werden vom Toll-like Receptor 9 (TLR9) in bestimmten Immunzellen erkannt, die ihrerseits T-Zellen aktivieren, um zytotoxisch zu werden und eine krebsbekämpfende Wirkung auszuüben, um Tumorzellen zu eliminieren. Zu diesem Zweck gibt es drei Hauptziele. Das erste ist die Herstellung des WTS. Die Einheit, die die ODNs tragen und schützen soll, basiert auf einem Hydrogel, das aus langen Polymeren einzelsträngiger DNA besteht, die so konstruiert werden können, dass sie mehrere Funktionalitäten aufweisen. Die DNA wird enzymatisch durch ein als Rolling Circle Amplification bekanntes Verfahren hergestellt. Das Produkt durchläuft einen Prozess der Flüssigkristallisation, der einzigartige 3D-Strukturen in Form von Blumen mit Durchmessern im Nano- und Mikrometerbereich ergibt. Diese Nano-Blüten haben die Fähigkeit zu hybridisieren und an ODNs zu binden und sie zu deaktivieren, bis sie durch Ultraschall aktiviert werden. Ultraschall erzeugt Kavitationsblasen in Lösung, die kollabieren und Scherkräfte ausüben, die zur Fragmentierung von Polymeren führt. In diesem Stadium zielen wir darauf ab, die Bindungskapazität des WTS und dessen Reaktionsfähigkeit auf Ultraschall in verschiedenen Frequenz- und Energiebereichen zu optimieren.Zweitens wird das WTS in-vitro und ex-vivo getestet. Für die in-vitro-Tests werden wir eine genetisch manipulierte Reporterzelllinie verwenden, die ausschließlich TLR9 aus der TLR-Familie exprimiert. Das WTS wird in seinem inaktiven und dann in seinem aktivierten Zustand nach der Ultraschall Applikation getestet. Danach wird das WTS ex vivo getestet, wobei primäre Immunzellen verwendet werden, die aus Blutproben menschlicher Spender isoliert werden, wie z.B. Makrophagen und dendritische Zellen. In diesem Stadium soll die Aktivierung dieser Zellen durch das ultraschallgesteuerte WTS und dann deren Fähigkeit zur Aktivierung von T-Zellen nachgewiesen werden, die ihrerseits die gewünschte krebsbekämpfende Wirkung entfalten. Schließlich werden wir die Leistung des WTS in vivo im Maus-B16-Melanom-Modell bewerten. Wir werden zwei Darreichungswege untersuchen und zwei Dosen werden an den Tagen 7 und 14 nach der Tumorzellinjektion verabreicht. Zu bestimmten Zeiten wird die WTS-Leistung durch Analyse von Blutproben und Milzentnahmen bewertet. Die Tumorgröße wird während der Behandlung gemessen und bewertet. Dies geschieht für die beiden Zustände: das inaktive WTS und das aktivierte WTS nach der Ultraschallexposition an der Tumorstelle.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Süd-Korea
• Mitverantwortliche: Privatdozent Dr. Matthias Bartneck, Ph.D.; Professor Dr. Fabian Kiessling
• Kooperationspartner: Professor Dr. Jun-O Jin, Ph.D.