Nanopartikel-Protein-Wechselwirkungen

Nanopartikel-Protein-Wechselwirkungen

Für den Transport von bioaktiven Verbindungen wie therapeutischen Proteinen/Peptiden, siRNA oder Medikamenten zu einer bestimmte Zelle oder einem bestimmten Organ ist es nicht nur von großer Bedeutung, die Stabilität des Therapeutikums beim Durchgang durch den Blutkreislauf zu verbessern, sondern auch die Zirkulationszeit im Körper zu verlängern. Daher muss die Interaktion mit Blutkomponenten kontrolliert werden, um Aggregationsprozesse zu begrenzen. Darüber hinaus muss die Aufnahme in Blutzellen wie Makrophagen minimiert werden. Nur dann kann das Medikament die Zielzellen erreichen.

Ein Schwerpunkt liegt derzeit auf der definierten Analyse der Wechselwirkung von Nanopartikeln/Nanokapseln mit hochkonzentrierten Proteinlösungen wie Blutplasma oder dem Cytosol sowie mit isolierten Proteinen. Die Kontrolle der Proteinadsorption an Nanomaterialien ist besonders im biomedizinischen Bereich wichtig. Unser Ziel ist die definierte Analyse von Protein-Polymer-Interaktionen durch die Anwendung einer Kombination verschiedener physikalisch-chemischer Techniken unter Einbeziehung der dynamischen und statischen Lichtstreuung (DLS/SLS), der isothermen Titrationskalorimetrie (ITC), der Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie gekoppelt mit Massenspektrometrie (LC-MS), der asymmetrischen Fluss-Feldflussfraktionierung (AF-FFF) und der Circulardichroismus-(CD)-Spektroskopie. Die Kombination dieser analytischen Methoden ermöglicht es uns, mehrere Aspekte der Protein-Polymer-Interaktionen zu untersuchen. Wir sind eine der wenigen Forschungsgruppen weltweit, die in der Lage sind, Multi-Winkel-DLS am konzentrierten menschlichen Blutplasma als Routinemessung zur Überwachung von Aggregationsereignissen zwischen Nanopartikeln und menschlichem Blutplasma durchzuführen. Die Massenspektrometrie (in Zusammenarbeit mit der Gruppe von T. Weil sowie S. Tenzer von der Universitätsklinik Mainz) wurde zur Identifizierung von adsorbierten Proteinen an Nanokapseln und erstmals zur Bestimmung der Adsorptionskinetik eingesetzt. Mittels ITC sind wir erstmals in der Lage, die Thermodynamik der Interaktion zwischen Nanokapseln und Blutplasma sowie spezifischen Proteinen zu analysieren.

Das detaillierte Verständnis der Bildung und der Zusammensetzung der Proteinkorona sowie der Folgen, die durch spezifische Proteine entstehen, muss weiter verbessert werden. Die definierte Analyse von Nanopartikel-Interaktionen könnte eine Vorauswahl von Nanopartikeln für die In-vivo-Anwendung ermöglichen.

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