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Dirk Lochmann

• Es wurden die Herstellung von protaminbasierten Oligonukleotid-Nanopartikel („binäres System“) physikochemisch charakterisiert. Vermischt man Oligonukleotide mit einer wässrigen Protaminlösung entstehen nach wenigen Sekunden sehr kleine Partikel (<20 nm). Der Partikeldurchmesser nimmt mit der Zeit zu und stabilisiert sich nach etwa 30 Minuten. Danach sind die NP für mindestens 24 Stunden bei Raumtemperatur stabil. Die Größe, die Größenverteilung und die Gestalt der Partikel wurden bestimmt. Diese runden Partikel konnten in ihrer Größe durch die Veränderung von Protamin- und ON-Konzentration in ihrer Größe gesteuert werden (etwa 100-1000 nm Durchmesser). Die Veränderung der Kettenlänge der Oligonukleotide (10-25 mer) zeigte einen nur geringen Einfluss auf die Größe und Größenverteilung der Partikel. Auch konnte die Oberflächenladung (Zetapotential) der Partikel durch die Veränderung des Protamin/OligonukleotidVerhältnisses gesteuert werden. Analytische Ultrazentrifugations-Messungen (durchgeführt vom AK Prof. Schubert) mit diesen Partikeln zeigte das diese schon in geringen Salzkonzentrationen (15 mM NaCl) nach wenigen Minuten zur Aggregation neigen. Diese konnte durch 15% Polyethylenglykol 20.000 Lösung gestoppt werden. Dies war ein wichtiger Hinweis, dass man mittels Makromolekülen die Partikelpräparationen stabilisieren kann. Ferner wurde die Zusammensetzung der Partikel, sowohl hinsichtlich der Oligonukleotide und als auch des Protamingehaltes bestimmt. Mehr als 90% des Wirkstoffes konnte in die Nanopartikel eingebunden werden. Da das von uns verwendete Protamin keine aromatische Aminosäure beinhaltet (Absorptionsmaximum kleiner 200 nm) und die Standard-Proteinnachweise wie z.B. BCA-Assay nur ungenügende Nachweisgrenzen aufweisen, wurde eine neue Protamin-Quantifizierungmethode mittels ortho-Phthaldialdehyd (OPA) und N-Acetyl-L-Cystein (NAC) für die Mikrotiterplatten erarbeitet. Damit war es möglich, auch in Anwesenheit von DNA, Protamin und Protaminsalze in einer Konzentration von 250 ng/ml sicher nachzuweisen. Ein weiteres Problem mit diesem binären Partikelsystem, neben der Aggregationsneigung, zeigte sich in verschiedenen Zellmodellen (durchgeführt von Norbert Dinauer, AK von Briesen). Die Partikel wurden zwar im großen Maße von humanen Macrophagen, humanen T-Zellen aufgenommen, aber danach langsam freigegeben. Auch wurden intrazellulär Aggregate gefunden. Humanes Serum Albumin (HSA) zeigte einen positiven Effekt auf die Aggregationsneigung (AlPrO-Nanopartikel). Es fungiert hierbei als ein Schutzkolloid, welches nur zu einem geringen Teil in die Partikelmatrix inkorporiert wird (<10%). Der Großteil des HSA befindet sich in der äußeren wässrigen Phase. Es ist zu vermuten dass es sterische die Partikel an der Sekundäraggregation hindert. Zusätzlich konnten primäre Komplexe vor der Zugabe von HSA aus HSA und Protamin beobachtet werden (Durchmesser 14 nm). Dies führt zu einem veränderten Self-Assembly der Nanopartikel gegenüber dem binären System. AlPrO-Partikel, hergestellt mit 1 mg/ml HSA, waren über Stunden stabilisiert in Zellmedium. Sie sind von runder Gestallt und 200-350 nm im Durchmesser groß. Sie weisen eine leicht negative Oberflächenladung auf, was auf eine Abdeckung der Partikeloberfläche mit HSA hinweist. Nahezu die gesamte eingesetzte Menge des Oligonukleotides wurde in die Partikelmatrix inkorporiert (> 90%). Es war möglich Partikel dieser Qualität mit unmodifizierten-, phosphorothioat modifizierten Oligonukleotiden und doppelsträngiger RNA (siRNA) herzustellen. Die von uns entwickelten AlPrO-Nanopartikel stellen eine neue Möglichkeit der peptidbasierte Transfektion von Oligonukleotiden in Zellen dar.