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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-54088
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/5408/


Marouf, Anmar

Untersuchung zum Wirkungsmechanismus pH-sensitiver Liposomen mit Bis(monoacylglycero)phosphat (BMP) als Membranlipid

Investigation of the mechanism of action of pH-sensitive liposomes by using Bis(monoacylglycero)phosphate (BMP) as a membrane lipid

Dokument1.pdf (2.352 KB) (md5sum: 78fd6bcfa818f54a2d3cab31ba59f637)

Kurzfassung in Deutsch

pH-sensitive Liposomen (PSL) stellen ein viel versprechendes intrazelluläres drug delivery System dar. Anders als herkömmliche Liposomen können PSL ihren Inhalt nach der Aufnahme in die Zelle aus dem Endosom ins Zytosol freisetzen (endosomal escape). Der Liposomeninhalt kann daher intrazellulär wirken und wird im Lysosom nicht abgebaut. Hauptziel der vorliegenden Arbeit war die Modellierung und Untersuchung der Mechanismen, die beim intrazellulären drug delivery der PSL wirken. Zudem wurden 2 neue Lipidzusammensetzungen pH-sensitiver Liposomen untersucht. Das Lipid Bis(monoacylglycero)phosphat (BMP), das in jüngster Zeit in den späten Endosomen entdeckt wurde, war ein wesentlicher Bestandteil verschiedener untersuchter Liposomen und Modellmembranen.

Zunächst wurden 3 liposomale Mischungen in Bezug auf ihre Fusions- und Freisetzungseigenschaften untersucht und verglichen: Die konventionellen PSL aus Dioleoylphosphatidylethanolamin (DOPE) und dem Cholesterolderivat CHEMS, eine Mischung aus Ei-Phosphatidylethanolamin (EPE) und CHEMS und eine aus DOPE und BMP. Es konnte festgestellt werden, dass alle untersuchten Liposomen ihren Inhalt bei endosomalen pH-Werten freisetzen können. Allerdings zeigten nur die DOPE/CHEMS Liposomen fusogene Eigenschaften.

In den oben beschriebenen Versuchen wurden die Liposomen in Bezug auf ihre Interaktion miteinander untersucht. Dieses konventionelle Modell ist nicht wirklichkeitsnah, da es das Endosom nicht berücksichtigt. Im Hauptteil dieser Arbeit wurde daher ein verbessertes in vitro Modell für die Interaktionen zwischen PSL und dem Endosom entwickelt. Dabei wurden eine liposomale Modellmembran für das frühe Endosom (ohne BMP) und eine für das späte Endosom (mit BMP) untersucht und verglichen. Die intraendosomale Umgebung sowie 3 mögliche Mechanismen des endosomal escape wurden ebenfalls simuliert.

Die Untersuchungen mit der frühendosomalen Modellmembran legten nahe, dass die Fusion als Mechanismus des endosomal escape wahrscheinlicher als andere Mechanismen ist und dass sie im Bereich des frühen Endosoms bzw. der carrier vesicles bei endosomalen pH-Werten erfolgt. Bei der spätendosomalen Modellmembran hat das Lipid BMP in allen Untersuchungen die endosomale Modellmembran stabilisiert, und es konnten keine Interaktionen mit den PSL festgestellt werden. Dies könnte bedeuten, dass das endosomal escape des Inhalts der PSL aus dem späten Endosom unwahrscheinlicher als aus dem frühen Endosom ist. Es ist allerdings auch möglich, dass die einfache Zugabe von BMP kein geeignetes Modell des späten Endosoms bietet.

Im letzten Teil der vorliegenden Arbeit wurden alle bisher untersuchten Liposomen in Bezug auf ihre Assoziation mit COS-7 Zellen (Karzinom-Zelllinie einer afrikanischen Affenart) untersucht und verglichen. Die in dieser Arbeit neu entwickelten PSL EPE/CHEMS und DOPE/BMP wiesen eine relativ hohe Assoziation auf, die mit jener von DOPE/CHEMS Liposomen vergleichbar ist, und könnten daher eine alternative Strategie darstellen, um eine hohe Zellassoziation zu erzielen.

Die vorliegende Arbeit schafft die Basis für ein in vitro Modell für die Interaktionen zwischen PSL und dem Endosom, das für die Weiterentwicklung dieser intrazellulären drug delivery Systeme notwendig ist.


Kurzfassung in Englisch

pH-sensitive liposomes (PSL) represent a promising drug delivery system. This is due to their ability to release their contents into the cellular cytosol after being internalized by endosomes (endosomal escape). Hence, liposomal contents could then be able to have an intracellular effect and are not degraded in the Lysosom. Conventional liposomes, on the other hand, cannot escape from the endosome. Main aim of this work is the modeling and investigation of the mechanisms of action, which takes place during the efficient drug delivery of pH-sensitive liposomes. Furthermore, two new lipid compositions of pH-sensitive liposomes are investigated. The Lipid Bis(monoacylglycero)phosphate (BMP), which was recently discovered in late endosomes, is an essential component of many investigated liposomes and model membranes in this work.

At a first step, three liposome compositions were investigated and compared in terms of their fusion and release properties. These included: Conventional pH-sensitive liposomes composed of Dioleoylphosphatidylethanolamine (DOPE) and the Cholesterol derivative CHEMS, a mix of Egg Phosphatidylethanolamine (EPE) and CHEMS and a mix of DOPE und BMP. It was noticed that all examined liposomes are able to release their content at endosomal pH values. However, only DOPE/CHEMS liposomes showed fusogenic properties.

In the above mentioned trials pH-sensitive liposomes were investigated in terms of their interactions with one another. This conventional model does not correspond to the reality, because it doesn’t take the endosome itself into consideration. Therefore, aim of the second and main part of this work was to develop and investigate an improved in vitro model for the interactions between pH-sensitive liposomes and the endosome. For this purpose two liposomal model membranes were investigated and compared, one similar to the lipid composition of early endosomes (without BMP), and the other one, containing BMP, similar to the lipid composition of late endosomes. The intraendosomal environment and three possible mechanisms of endosomal escape were also simulated.

The investigations of the early endosomal model membrane suggests that fusion, as a mechanism of endosomal escape, is more probable than other mechanisms and that endosomal escape happens in the early endosomes or carrier vesicles at endosomal pH values. The lipid BMP stabilized the tested late endosomal model membranes in all investigations and no interaction between them and pH-sensitive liposomes was noticed. This could imply that an escape of the contents of pH-sensitive liposomes from late endosomes is less likely to occur than an escape from early endosomes. However, it is also possible that the simple addition of BMP to the model membrane does not provide a suitable model for the late endosomes.

In the last part of the present work all investigated liposomes were examined and compared in terms of association with COS-7 Cells (African green monkey kidney fibroblast-like cell line). The EPE/CHEMS and the DOPE/BMP pH-sensitive liposomes, which were developed in this work, showed a relatively high association, which is comparable with this of DOPE/CHEMS liposomes. Thus, these liposomes could represent an alternative strategy to obtain a high cellular association.

The present work creates the basis of an in vitro model for the interactions between pH-sensitive liposomes and the endosome, which is necessary for further developments of these intracellular drug delivery systems.


SWD-Schlagwörter: Liposom , Targeted drug delivery , Therapeutisches System , Wirkungsmechanismus , Endocytose , Modellierung , Biomembran
Freie Schlagwörter (deutsch): pH-sensitive Liposomen , Bis(monoacylglycero)phosphat , BMP , Lysobisphosphatidsäure, LBPA
Freie Schlagwörter (englisch): pH-sensitive liposomes , bis(monoacylglycero)phosphate , BMP , lysobisphosphatidic acid , LBPA
Institut: Institut für Pharmazeutische Wissenschaften
Fakultät: Fakultät für Chemie, Pharmazie und Geowissenschaften
DDC-Sachgruppe: Chemie
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Schubert, Rolf (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 14.01.2008
Erstellungsjahr: 2008
Publikationsdatum: 01.07.2008
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