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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:bsz:25-opus-87131
URL: http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/8713/


Zhou, Ying

Mito-liposomes: a potential delivery strategy for mitochondrial targeting via membrane fusion activity : investigations on isolated mitochondria

Mito-Liposomen: eine potentielle Targetingstrategie für Mitochondrien mittels Membranfusion : Untersuchungen an isolierten Mitochondrien

Dokument1.pdf (2.926 KB) (md5sum: 8fbb13dd0bc622040f90ed3c0c79c3b8)

Kurzfassung in Englisch

A liposomal system possible of targeting into mitochondria via membrane fusion was investigated and developed in this thesis. The liposomes were prepared with the similar lipid composition to the outer membrane of mitochondria, thus they were named mito-liposomes. The targeting studies were performed on the isolated mitochondria.
Methods for the isolation of mitochondria were established. The viability studies showed that the membranes of the isolated mitochondria were intact and they were respiring at 4 °C, 25 °C and 37 °C. The purity of the isolated mitochondria was measured by marker enzyme assays and the results showed that the preparation was highly enriched in mitochondria.
Mito-liposomes were incubated with isolated mitochondria and the fusion behavior was monitored by a fluorescent dye octadecyl Rhodamine B chloride (R18) inserted in the membranes of mito-liposomes. It was found that mito-liposomes were able to fuse with the isolated mitochondria with a high tendency and the fusion efficiency was influenced by the temperature, the relative concentration of the isolated mitochondria, the concentration of Ca2+ and the lipid compositions in mito-liposomes. The higher the temperature of incubation and the relative concentration of isolated mitochondria were, the higher the fusion efficiency was. It seemed that a threshold of the concentration of Ca2+ existed. The fusion efficiency increased with the concentration of Ca2+ below this threshold, while it was the other way around above this threshold. Phosphatidylcholine seemed to hinder the fusion process while phosphatidylinositol played a positive role.
The labeling of mitochondria in Kelly cells with MitoTracker® Orange CMTMRos started as a preliminary step.
In conclusion, mito-liposomes were proved able to fuse with mitochondria efficiently. The liposomal structure of this carrier makes the encapsulation of hydrophilic substances and the incorporation of hydrophobic drugs possible. Thus it is a highly promising delivery-strategy for treating mitochondrial related diseases.


Kurzfassung in Deutsch

Ein liposomales System, das ein Targeting von Mitochondrien mittels Membranfusionen ermöglicht, wurde in der vorliegenden Doktorarbeit entwickelt und untersucht. Dazu wurden Liposomen mit einer ähnlichen Lipidzusammensetzung zur äußeren Membran von Mitochondrien hergestellt, so genannte Mito-Liposomen. Die Eignung dieser Liposomen für mitochondriales Targeting wurde an isolierten Mitochondrien untersucht.

Methoden zur Isolation der Mitochondrien wurden etabliert. In Viabilitätsstudien konnte gezeigt werden, dass die Membranen der isolierten Mitochondrien sowie deren Atmungskette bei 4 °C, 25 °C und 37 °C intakt waren. Die Reinheit der isolierten Mitochondrien wurde mittels Markerenzymen bestimmt und belegte eine hohe Anreicherung von Mitochondrien im Isolat.

Die Mito-Liposomen wurden mit den isolierten Mitochondrien inkubiert. Dabei wurde das Fusionsverhalten mit Hilfe des in die Liposomenmembran eingelagerten Fluoreszenzfarbstoffes Octadecyl Rhodamin B Chlorid (R18) verfolgt. Es konnte gezeigt werden, dass die Mito-Liposomen in großem Ausmaß mit den isolierten Mitochondrien fusionieren und die Fusionseffizienz abhängig von der Temperatur, der relativen Konzentration der isolierten Mitochondrien, der Konzentration der Ca2+-Ionen und der Lipidzusammensetzung der Mito-Liposomen war. Je höher die Inkubationstemperatur und die relative Konzentration der isolierten Mitochondrien, desto höher war auch die Fusionsrate. Für die Ca2+-Konzentration gibt es dabei einen Schwellenwert. Unterhalb dieses Wertes steigt die Fusionsrate, während sie oberhalb wieder abnimmt. Phosphatidylcholin schien den Fusionsprozess zu hemmen, während Phosphatidylinositol in förderte.

Das Labeling von Mitochondrien in Kelly-Zellen mit MitoTracker® Orange CMTMRos wurde in ersten Experimenten untersucht.

Abschließend konnte gezeigt werden, dass Mito-Liposomen effizient mit Mitochondrien fusionieren. Die liposomale Struktur dieses Transporters ermöglicht sowohl die Verkapselung von hydrophilen Substanzen als auch die Einlagerung von hydrophoben Stoffen. Daher stellen sie ein vielversprechendes Drug-Delivery-System zur Behandlung mitochondrial verursachter Erkrankungen dar.


SWD-Schlagwörter: Liposom , Mitochondrium , Membranfusion , Targeted drug delivery , Isolierung
Freie Schlagwörter (englisch): Liposomes , Mitochondria targeting , Membrane fusion , Isolation
Institut: Institut für Pharmazeutische Wissenschaften
Fakultät: Fakultät für Chemie, Pharmazie und Geowissenschaften
DDC-Sachgruppe: Chemie
Dokumentart: Dissertation
Erstgutachter: Süss, Regine (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 17.04.2012
Erstellungsjahr: 2012
Publikationsdatum: 10.08.2012
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