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Unser Artikel im „International Journal of Molecular Science“: Charakteristische Eigenschaften fusogener Liposomen zur Übertragung von Nukleinsäuren:

Die Bedeutung von Boten-RNAs (messenger-RNA/mRNA) als natürliche Nukleinsäure nimmt für biotechnologische und medizinische Anwendungen massiv an Bedeutung zu. Diese besonderen Nukleinsäuren stellen in jeder Zelle die Verbindung zwischen Erbsubstanz und Proteinbildung dar und tragen dadurch alle genetischen Informationen. Erste Therapieformen sind bereits im Bereich der Behandlung von Krebs und genetischer Erkrankungen im klinischen Einsatz und auch in der aktuellen Corona Pandemie wird auf mRNA-basierte Impfstoffe gesetzt, was diesen Trend in der modernen medizinischen Forschung eindrucksvoll widerspiegelt.

Transfer of eGFP-mRNAÜbertragung einer eGFP-mRNA in eine frisch isolierte embryonale Ratten-Cortex, einem Teil des Rattenembryo Gehirns. Die Verwendung fusogener Liposomen zeigt auch bei der Übertragung der Boten-RNA in Organschnitte hohe Übertragunseffizienzen bei zugleich bester Zell Verträglichkeit und schneller Expression des grün leuchtenden Proteins.

Für all diese Anwendungen ist die effiziente und gleichzeitig zellschonende Übertragung der Nukleinsäuren in die betroffenen Zellen des menschlichen Körpers von entscheidender Bedeutung, um eine erfolgreiche Therapie zu ermöglichen. In unserem Institut forschen wir seit vielen Jahren an der Formulierung und Charakterisierung sogenannter fusogener Liposomen. Diese Art von Liposomen erlaubt erstmalig die Übertragung von mRNAs ohne dadurch zelluläre Prozesse und Funktionen nachteilig zu beeinflussen. Ermöglicht wird dieses dadurch, dass die Nukleinsäuren durch den für mRNA neuartigen Prozess der Fusion von Liposomen mit der Zellmembran direkt in das Zytoplasma der Zelle übertragen werden. Das Zytoplasma der Zelle stellt dabei den Funktionsraum dar, in dem die Proteine der Zelle gebildet werden, so dass die Information der übertragenen mRNAs direkt in Funktionseinheiten übertragen werden kann.


Um die Fusion zu ermöglichen und den direkten Transport in tierische Zellen zu gewährleisten, müssen fusogene Liposomen ganz bestimmte Eigenschaften erfüllen. In der Publikation „Complex Size and Surface Charge Determine Nucleic Acid Transfer by Fusogenic Liposomes” haben Dr. Marco Hoffmann und seine Kollegen aus dem IBI-2 (Prof. Rudolf Merkel) zeigen können, dass eine Neutralisierung der Nukleinsäuren in sehr eng definierten Verhältnissen mit positiv geladenen Polymeren notwendig ist. Diese neutralisierten Nukleinsäuren werden in einem weiteren Schritt mit fusogenen Liposomen, bestehend aus positiven und neutralen Lipiden, sowie einem fluoreszierenden Lipidanaloga, gemischt. Die entstehenden Komplexe, die zu einer effizienten Fusion und Übertragung der Nukleinsäuren in tierische Zellen führen, zeigen eine charakteristische Größenverteilungen und eng definierte Oberflächenladungen (Zetapotential), die jeweils mit geringen Verteilungen und nur in Kombination (kleine Komplexe mit möglichst positiver Ladung) zu einer effizienten Fusion und Übertragung der Boten-RNA führen. Die hohe Übertragungseffizienz und Biokompatibilität des Systems konnte nicht nur für Zelllinien gezeigt werden. Auch Primärzellen, die direkt aus Gewebe isoliert wurden sowie komplette Gewebe konnten mit dem entwickelten System gleichermaßen schonend funktionalisiert werden. Die Ergebnisse stellen einen wichtigen Schritt in Richtung des umfassenden Einsatzes fusogener Liposomen für medizinische und biotechnologische Anwendungen sowohl außerhalb als auch innerhalb der Körpers dar.


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