Entwicklung von Lipid-Nanostrukturen für die Verabreichung von Medikamenten und die Lipid-Homöostase

• Antragsteller: Dr. Kevin Jahnke
• Fachliche Zuordnung: Biophysik
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 564104727

Ich schlage vor, lipidbasierte Nanostrukturen wie asymmetrische Vesikel und synthetische Lipidtröpfchen zu entwickeln, um die biophysikalischen Prinzipien zellulärer Membranen und ihre Bedeutung für den Arzneimitteltransport und die Lipid-Homöostase zu untersuchen. Diese Forschung zielt darauf ab, grundlegende Einblicke in Membranasymmetrien, Vesikelmechanik und Lipiddynamik zu gewinnen. Zudem sollen Technologien für die gezielte Lieferung von Ribonukleoprotein-Komplexen und Lipiden entwickelt werden, die zur Bekämpfung von Krankheiten beitragen können. Asymmetrische Vesikel, deren innere und äußere Membranblätter unterschiedliche Lipidzusammensetzungen aufweisen, bieten eine einzigartige Plattform zur Untersuchung von Steifigkeit, Fluidität, Krümmung und Wechselwirkungen zwischen den Membranblättern. Erste Ergebnisse zeigen, dass eine Membranasymmetrie die Zellaufnahme und Transfektionseffizienz verbessert, selbst wenn das äußere Blatt unverändert bleibt. Dies deutet darauf hin, dass das innere Blatt eine unerwartete Rolle bei der Interaktion mit Zellmembranen spielt. Diese Forschung wird systematisch untersuchen, wie die Lipidzusammensetzung und nanoskalige Asymmetrie die Mechanik, Aufnahme und Fusion von Membranen beeinflussen. Synthetische Lipidtröpfchen, bestehend aus einem hydrophoben Kern und einer Lipidmonoschicht, dienen als ergänzendes Modell zur Untersuchung von Lipidtransport und -speicherung. Sie imitieren zelluläre Lipidreservoire und ermöglichen die Untersuchung von Elastizität, Oberflächenspannung und Stabilität. Erste Ergebnisse zeigen, dass die Größe der Tröpfchen die Abbaurate und Zellaufnahme beeinflusst. Durch gezielte Gestaltung von Größe und Zusammensetzung sollen ihre Rollen in der Lipid-Homöostase und Membrandynamik aufgedeckt werden. Zur Verknüpfung nanoskaliger Biophysik mit physiologischer Relevanz integriert das Projekt Organ-on-a-Chip-Modelle, um das Verhalten lipidbasierter Nanostrukturen in dreidimensionalen Umgebungen zu analysieren. Diese Systeme ermöglichen präzise Kontrolle von Fluss, Gewebearchitektur und Zellinteraktionen. Sie liefern Einblicke, wie Eigenschaften wie Vesikelsteifigkeit und Tröpfchenelastizität die Durchdringung, Zielgenauigkeit und Aufnahme beeinflussen. Die Verknüpfung dieser Erkenntnisse mit Prozessen auf Organebene soll zeigen, wie biophysikalische Einschränkungen die Effizienz lipidbasierter Systeme in vivo bestimmen. Dieses Projekt verspricht, unser Verständnis grundlegender Membranbiophysik durch die Integration von nanoskaliger Kontrolle mit Arzneimittel- und Lipidtransport zu erweitern. Die Erkenntnisse zu Lipid-Asymmetrie, Kompartimentarchitektur und biophysikalischen Eigenschaften könnten die Untersuchung und Manipulation von Zellmembranen neu definieren und biotechnologische Anwendungen vorantreiben.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen