Virusmimetische Nanopartikel

• Antragsteller: Professor Dr. Achim Goepferich
• Fachliche Zuordnung: Pharmazie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 462262567

Viren und medizinische Nanopartikel versuchen beide Moleküle zu spezifischen Zielzellen zu transportieren, um dort einen biologischen Effekt auszulösen. Bei genauerem Vergleich zeigt sich aber, dass Nanopartikel erheblich weniger effizient sind als ihr ‚natürliches‘ Pendant. Viren haben im Gegensatz zu Nanopartikeln die Fähigkeit zwischen Zellen zu unterscheiden indem sie eine Reihe logischer Entscheidungen treffen und verfügen über eine 10- bis 100-fach höhere Affinität für ihre Zielzellen. Der zugrunde liegende Mechanismus beruht auf hochspezifischen, häufig interaktiven molekularen Kontaktpunkten mit denen sie die Oberfläche von prospektiven Zielzellen abtasten. Die Unterschiede zu Nanopartikeln sind dabei dramatisch. Während Viren wie HIV-1 lediglich 8-10 dieser Strukturen benötigen um ihre Zielzellen zu identifizieren, sind derzeit gängige Nanopartikel mit 1.000-10.000 ausgestattet und sind dennoch nicht in der Lage zwischen Zellen zu unterscheiden. Ziel des Projektes ist es, Nanopartikel mit den entscheidenden Fähigkeiten auszurüsten auf denen dieser markante Effizienzunterschied beruht. Dazu werden Nanopartikel aus etablierten gut charakterisierten Blockcopolymeren hergestellt, um volle Kontrolle über die Dynamik ihrer Oberflächenstrukturen zu erhalten. Dies wird es erlauben virale Strategien der Interaktion mit Zellen zu imitieren und deren Effekt auf Zellselektivität, Affinität, Aufnahme und intrazelluläre Verteilung zu untersuchen. Um Nanopartikel mit der Fähigkeit von Viren zur Zellerkennung auszustatten, werden wir eine Reihe bislang unbekannter Methoden etablieren. Wir werden Partikel entwickeln, die in der Lage sind Entscheidungen zu treffen und deren gesteigerte Fähigkeit zwischen Zellen zu unterscheiden ausschließlich aus Wechselwirkungen mit Enzymen in der Zellmembran resultiert. Dieses bis dato nicht verwendete virale Prinzip wird es erlauben, die Selektivität massiv zu steigern und gleichzeitig gewünschte Effekte therapeutischer Partikel von unerwünschten ‚Nebenwirkungen‘, wie sie aus klassischen Ligand-Rezeptor-Wechselwirkungen resultieren können, abzukoppeln. Darüber hinaus werden wir eine Technik entwickeln, die es gestattet, die Anzahl von Liganden zu ermitteln mit denen Partikel an Zellen binden. Zusätzlich werden wir den Einfluss von Membraneinstülpungen sog. ‚Clathrin Coated Pits‘, auf die Affinität von Partikeln bestimmen. Schließlich werden wir optimierte Prototypen von virusmimetischen Partikeln auf ihre Fähigkeit testen, die Wechselwirkungen von Viren mit Zielzellen nachzuahmen. Im Erfolgsfall wird dies langfristig neue antivirale Therapieoptionen eröffnen. Insgesamt kann die biomimetische Strategie dazu beitragen besser zu verstehen wie Nanopartikel mit Zellen wechselwirken und in Zukunft effizientere Nanotherapeutika zu entwickeln.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen