Peptide-mediated oligonucleotide delivery into eucaryotic cells

Nukleinsäuren sind viel versprechende Moleküle um genetisch bedingte Erkrankungen zu behandeln. Die unzureichende Serumstabilität und die schlechte Zellaufnahme aufgrund des hohen Molekulargewichts, der negativen Ladung und des hydrophilen Charakters der Nukleinsäure, erschweren jedoch die klinischen Anwendungen. Des Weiteren müssen bevor die Nukleinsäuren einem Patienten verabreicht werden können, geeignete in vitro-Systeme entwickelt werden, um die Auswirkungen der Nukleinsäure auf die Zellen zu untersuchen. Daher wurden zahlreiche virale als auch nicht-virale Transportsysteme entwickelt, um den Transport der therapeutischen Nukleinsäuren in die Zellen zu erleichtern. Da jedoch die Anwendung von viralen Vektoren mit vielen Nachteilen verbunden ist, werden nicht-virale Transportsysteme mit einem guten Wirkungsgrad und einer geringen Toxizität dringend benötigt. In den letzten Jahren sind sogenannte zellpenetrierende Peptide (cell penetrating peptides, CPP) als effektive, nicht-virale Vektoren für den Nukleinsäure-Transfer in den Fokus der Forschung getreten. Sie sind in der Lage, Moleküle in das Zellinnere zu transportieren, welche aufgrund ihrer Ladung, Größe und Hydrophilie normalerweise nicht die Zellmembran passieren können. Ziel dieser Arbeit war die Etablierung von geeigneten in vitro-Systemen sowie die Entwicklung von neuen peptid-basierten Transportmolekülen, die über eine nicht-kovalente Verbindung in der Lage sind, die Nukleinsäuren in die Zellen zu transportieren. Hierfür wurden verschiedene CPPs im Hinblick auf ihre Transportfähigkeit für Forschungsbereiche untersucht, die noch geeignete Transporter benötigen. Die untersuchten CPPs wurden sowohl von dem humanen Calcitonin (hCT) als auch von dem kationischen antimikrobiellen Peptid CAP18 (sC18) abgeleitet. Die in dieser Arbeit untersuchten CPPs waren in der Lage, Nukleinsäuren erfolgreich in verschiedene Zelllinien (MCF-7, HEK-293 und hTERT RPE-1) zu transportierten, ohne dabei die Vitalität der Zellen zu beeinflussen. Des Weiteren konnte für das CPP N-E5L-hCT(18-32)-k7 eine bemerkenswert hohe Transfektions-Effizienz erzielt werden, nachdem nicht-differenzierte hTERT RPE-1 Zellen damit transfiziert wurden. Die Effizienz überschritt sogar die von Lipofectamin, welches als positiv Kontrolle verwendet wurde. CPP N-E5L-hCT(18-32)-k7 war zudem in der Lage in einzellige Protisten (Choanoflagellate) zu internalisieren.

Synthesis of Anisotropic Magnetic Nanoobjects Designed for Locomotion in External Magnetic Fields

The subject of the present work is the synthesis of novel nanoscale objects, designed for self-propulsion under external actuation. The synthesized objects present asymmetric hybrid particles, consisting of a magnetic core and polymer flagella and their hydrodynamic properties under the actuation by external magnetic fields are investigated. The single-domain ferromagnetic cobalt ferrite nanoparticles are prepared by thermal decomposition of a mixture of metalorganic complexes based on iron (III) cobalt (II) in non-polar solvents. Further modification of the particles includes the growth of the silver particle on the surface of the cobalt ferrite particle to form a dumbbell-shaped heterodimer. Different possible mechanisms of dumbbell formation are discussed. A polyelectrolyte tail with ability to adjust the persistence length of the polymer, and thus the stiffness of the tail, by variation of pH is attached to the particles. A polymer tail consisting of a polyacrylic acid chain is synthesized by hydrolysis of poly(tert-butyl acrylate) obtained by atom transfer radical polymerization (ATRP). A functional thiol end-group enables selective attachment of the tail to the silver part of the dumbbell, resulting in an asymmetric functionalization of the dumbbells. The calculations on the propulsion force and the sperm number for the resulting particles reveal a theoretical possibility for the propelled motion. Under the actuation of the particles with flagella by alternating magnetic field an increase in the diffusion coefficient compared to non-actuated or non-functionalized particles is observed. Further development of such systems for application as nanomotors or in drug delivery is promising.