Kontrolle der Grenzflächeneigenschaften anorganischer Nanopartikel mittels amphiphiler Polymere

Im Rahmen dieser Arbeit wurden amphiphile Co- und Terpolymere verwendet, um die Grenzflächeneigenschaften anorganischer Nanopartikel zu kontrollieren. Es wurde eine effiziente und vielseitige Methode entwickelt, mit der in-situ hydrophobierte, formanisotrope ZnO-, CdS- und Au-Nanopartikel sowie poröse TiO2-Nanopartikel hergestellt werden konnten. Diese Technik basierte auf der Fällung anorganischer Nanopartikel in einer inversen Emulsion mittels kombinierten Einsatzes zweier maßgeschneiderter amphiphiler Polymere. Ein Copolymer ermöglichte sowohl die Stabilisierung der Emulsion als auch die Hydrophobierung der Partikel, und ein weiteres Struktur-dirigierendes Agens (SDA) kontrollierte den Kristallisationsprozess. Infolge ihrer Form zeigten die Nanopartikel von sphärischen Teilchen abweichende Lagen der Oberflächenplasmonenresonanz und der Bandlücke. Aufgrund der hervorragenden Hydrophobierung dieser Kolloide mittels amphiphiler Copolymere konnten diese homogen in polymere Materialien eingearbeitet werden. Dies erlaubte es die speziellen Eigenschaften von nicht-sphärischen Kolloiden auf Nanokompositmaterialien zu übertragen. Darüber hinaus wurden amphipolare Copolymere genutzt, um superhydrophobe Oberflächen zu generieren. Hierzu wurden Filme bestehend aus rauen SiO2-Nanopartikeln mit fluorierten Emulgatoren beschichtet. In einem dritten Schwerpunkt dieser Arbeit wurden amphiphile Co- und Terpolymere verwendet, um anorganische Nanopartikel zu hydrophilieren. Durch Variation der Emulgatorzusammensetzung konnten die Ladung und Ladungsdichte auf der Partikeloberfläche gezielt gesteuert werden. Darüber hinaus konnte die Partikelhülle zusätzlich mit Farbstoffmolekülen funktionalisiert werden, was den erfolgreichen Einsatz der Kolloide in Zellaufnahmeexperimenten ermöglichte.

Synthese von polymergebundenen Sialyl-Lewis x-Strukturen und deren Mimetika als Zelladhäsionsinhibitoren für E-, L- und P-Selektin

Kohlenhydrate dienen nicht nur der Ernährung oder der Stabilisierung von Zellwänden, sondern sie sind auch von essentieller Bedeutung für Zell-Zell-Wechselwirkungen im Organismus. Damit sind sie von besonderem Interesse für die Behandlung von Entzündungen sowie tumorösen Erkrankungen, die auf Wechselwirkungen zwischen bestimmten Kohlenhydraten und Rezeptoren, Selektine genannt, basieren. Die vorliegende Dissertation mit dem Titel „Synthese von polymergebundenen Sialyl-Lewis x-Strukturen und deren Mimetika als Zelladhäsionsinhibitoren für E-, L- und P-Selektin“ befasst sich mit der Synthese und der Modifizierung des natürlich vorkommenden Selektin-Liganden Sialyl-Lewisx und seinen potentiell mimetischen Strukturen auf Basis von Gemischen der an der Bindung beteiligten Kohlenhydrate sowie von sulfatierten Einheiten. Um im Organismus eine verstärkte Bindung an die zu adressierenden Rezeptoren und eine erhöhte Zirkulationsdauer zu erreichen, wurden die geeignet funktionalisierten Liganden mittels reaktiver Polymere auf Basis von Pentafluorphenyl-Reaktivestern im Rahmen einer polymeranalogen Umsetzung an ein definiertes Methacrylamid-Polymer gebunden.Um die biologische Wirksamkeit der synthetisierten Polymere zu überprüfen, wurden Oberflächenplasmonenresonanz-Messungen (SPR-Messungen) durchgeführt. Dabei zeigte sich bei den verschiedenen Selektinen eine unterschiedlich hohe Affinität der Sialyl-Lewis x sowie der mimetischen Polymere. Es konnten bei E-Selektin die geringsten, bei L-Selektin mittlere und bei P-Selektin die höchsten Affinitäten im unteren nanomolaren Bereich festgestellt werden.

Design of cell adhesive and angiogenic titanium surfaces for cellular stimulation

Die Förderung der Zelladhäsion durch sogenannte biomimetische Oberflächen wird in der Medizin als vielversprechender Ansatz gesehen, um Komplikationen wie z. B. Fremdkörperreaktionen nach der Implantation entgegenzuwirken. Neben der Immobilisierung einzelner Biomoleküle wie z. B. dem RGD-Peptid, Proteinen und Wachstumsfaktoren auf verschiedenen Materialien, konzentriert man sich derzeit in der Forschung auf die Co-Immobilisierung zweier Moleküle gleichzeitig. Hierbei werden die funktionellen Gruppen z. B. von Kollagen unter Verwendung von nur einer Kopplungschemie verwendet, wodurch die Kopplungseffizienz der einzelnen Komponenten nur begrenzt kontrollierbar ist. Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung eines Immobilisierungsverfahrens, welches die unabhängige Kopplung zweier Faktoren kontrolliert ermöglicht. Dabei sollten exemplarisch das adhäsionsfördernde RGD-Peptid (Arginin-Glycin-Asparaginsäure) zusammen mit dem Wachstumsfaktor VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor) auf Titan gebunden werden. In weiteren Experimenten sollten dann die pro-adhäsiven Faktoren Fibronektin, Kollagen, Laminin und Osteopontin immobilisiert und untersucht werden. rnDie Aminofunktionalisierung von Titan durch plasma polymerisierte Allylaminschichten wurde als Grundlage für die Entwicklung des nasschemischen Co-immobilisierungsverfahren verwendet. Für eine unabhängige und getrennte Anbindung der verschiedenen Biomoleküle stand in diesem Zusammenhang die Entwicklung eines geeigneten Crosslinker Systems im Vordergrund. Die Oberflächencharakterisierung der entwickelten Oberflächen erfolgte mittels Infrarot Spektroskopie, Surface Plasmon Resonance Spektroskopie (SPR), Kontaktwinkelmessungen, Step Profiling und X-Ray Photoelectron Spektroskopie (XPS). Zur Analyse der Anbindungsprozesse in Echtzeit wurden SPR-Kinetik Messungen durchgeführt. Die biologische Funktionalität der modifizierten Oberflächen wurde in vitro an Endothelzellen (HUVECs) und Osteoblasten (HOBs) und in vivo in einem Tiermodell-System an der Tibia von Kaninchen untersucht.rnDie Ergebnisse zeigen, dass alle genannten Biomoleküle sowohl einzeln auf Titan kovalent gekoppelt als auch am Bespiel von RGD und VEGF in einem getrennten Zwei-Schritt-Verfahren co-immobilisiert werden können. Des Weiteren wurde die biologische Funktionalität der gebundenen Faktoren nachgewiesen. Im Falle der RGD modifizierten Oberflächen wurde nach 7 Tagen eine geförderte Zelladhäsion von HUVECs mit einer signifikant erhöhten Zellbesiedlungsdichte von 28,5 % (p<0,05) gezeigt, wohingegen auf reinem Titan Werte von nur 13 % beobachtet wurden. Sowohl VEGF als auch RGD/VEGF modifizierte Proben wiesen im Vergleich zu Titan schon nach 24 Stunden eine geförderte Zelladhäsion und eine signifikant erhöhte Zellbesiedlungsdichte auf. Bei einer Besiedlung von 7,4 % auf Titan, zeigten VEGF modifizierte Proben mit 32,3 % (p<0,001) eine deutlichere Wirkung auf HUVECs als RGD/VEGF modifizierte Proben mit 13,2 % (p<0,01). Die pro-adhäsiven Faktoren zeigten eine deutliche Stimulation der Zelladhäsion von HUVECs und HOBs im Vergleich zu reinem Titan. Die deutlich höchsten Besiedlungsdichten von HUVECs konnten auf Fibronektin mit 44,6 % (p<0,001) und Kollagen mit 39,9 % (p<0,001) nach 24 Stunden beobachtet werden. Laminin zeigte keine und Osteopontin nur eine sehr geringe Wirkung auf HUVECs. Bei Osteoblasten konnten signifikant erhöhte Besiedlungsdichten im Falle aller pro-adhäsiven Faktoren beobachtet werden, jedoch wurden die höchsten Werte nach 7 Tagen auf Kollagen mit 90,6 % (p<0,001) und Laminin mit 86,5 % (p<0,001) im Vergleich zu Titan mit 32,3 % beobachtet. Die Auswertung der Tierexperimente ergab, dass die VEGF modifizierten Osteosyntheseplatten, im Vergleich zu den reinen Titankontrollen, eine gesteigerte Knochenneubildung auslösten. Eine solche Wirkung konnte für RGD/VEGF modifizierte Implantate nicht beobachtet werden. rnInsgesamt konnte gezeigt werden, dass mittels plasmapolymerisierten Allylamin Schichten die genannten Biomoleküle sowohl einzeln gebunden als auch getrennt und kontrolliert co-immobilisiert werden können. Des Weiteren konnte eine biologische Funktionalität für alle Faktoren nach erfolgter Kopplung in vitro gezeigt werden. Wider Erwarten konnte jedoch kein zusätzlicher biologischer Effekt durch die Co-immobilisierung von RGD und VEGF im Vergleich zu den einzeln immobilisierten Faktoren gezeigt werden. Um zu einer klinischen Anwendung zu gelangen, ist es nun notwendig, das entwickelte Verfahren in Bezug auf die immobilisierten Mengen der verschiedenen Faktoren hin zu optimieren. rn

Synthese und Testung potentieller Elongin-C-Antagonisten als neuartige HIV-Therapeutika

Weltweit sind über 34 Millionen Menschen mit dem HI-Virus infiziert. Da die Behandlung mit der HAART-Therapie aufgrund der hohen Mutationsrate des Virus oft fehlschlägt, ist die stetige Forschung an neuen, verbesserten Wirkstoffen zwingend nötig. Mit einem neuartigen Therapieansatz, der die Aufrechterhaltung des menschlichen antiretroviralen Schutz-mechanismus durch Hemmung des APOBEC3G-Abbaus zum Ziel hat, existiert eine neue Möglichkeit zur Bekämpfung der Infektion. Im Gegensatz zu den HAART-Virustatika soll hier das menschliche Immunsystem aufrechterhalten werden, sodass es die Abwehr des Virus selbst übernehmen kann. Der durch das Virus induzierte Abbau von APOBEC3G ist gekoppelt an die Bildung eines Komplexes aus mehreren Proteinen, darunter das virale Protein vif (viral infectivity factor) und das humane Protein Elongin–C. Wird eine der Interaktionen dieser Komplexbildung gehemmt, so kann APOBEC3G nicht mehr abgebaut werden und der humane Schutzmechanismus bleibt aufrechterhalten.rnDie vorliegende Arbeit widmete sich in diesem Zusammenhang der Suche nach Inhibitoren der vif-Elongin–C-Interaktion. Nach Dockingstudien wurden potentielle Kandidaten synthetisiert und anschließend zunächst mit Hilfe der Mikrokalorimetrie (ITC) und der Oberflächenplasmonenresonanzspektroskopie (SPR) auf ihre Affinität zu rekombinant exprimiertem Elongin–C getestet. Zusätzlich wurde ein auf der Mikroskalierten Thermo-phorese (MST) basierender Bindungsassay etabliert, und die Substanzen auch mit dieser Methode getestet. Während die Bindung in diesen Assays nicht eindeutig nachgewiesen werden konnte, zeigte sich eine Substanz in In-vitro-Tests auf Hemmung der APOBEC3G- und vif-abhängigen Virusreplikation als sehr vielversprechend. Auch wenn der genaue molekulare Wirkort in weiteren Tests erst noch ermittelt werden muss, stellt diese Molekülstruktur aufgrund der bisherigen Testergebnisse bereits eine vielversprechende Basis für weitere Derivatisierungen dar.rn

The FGFRL1 receptor is shed from cell membranes, binds fibroblast growth factors (FGFs), and antagonizes FGF signaling in Xenopus embryos

FGFRL1 (fibroblast growth factor receptor like 1) is the fifth and most recently discovered member of the fibroblast growth factor receptor (FGFR) family. With up to 50% amino acid similarity, its extracellular domain closely resembles that of the four conventional FGFRs. Its intracellular domain, however, lacks the split tyrosine kinase domain needed for FGF-mediated signal transduction. During embryogenesis of the mouse, FGFRL1 is essential for the development of parts of the skeleton, the diaphragm muscle, the heart, and the metanephric kidney. Since its discovery, it has been hypothesized that FGFRL1 might act as a decoy receptor for FGF ligands. Here we present several lines of evidence that support this notion. We demonstrate that the FGFRL1 ectodomain is shed from the cell membrane of differentiating C2C12 myoblasts and from HEK293 cells by an as yet unidentified protease, which cuts the receptor in the membrane-proximal region. As determined by ligand dot blot analysis, cell-based binding assays, and surface plasmon resonance analysis, the soluble FGFRL1 ectodomain as well as the membrane-bound receptor are capable of binding to some FGF ligands with high affinity, including FGF2, FGF3, FGF4, FGF8, FGF10, and FGF22. We furthermore show that ectopic expression of FGFRL1 in Xenopus embryos antagonizes FGFR signaling during early development. Taken together, our data provide strong evidence that FGFRL1 is indeed a decoy receptor for FGFs.

Sensitive and selective detection of free FXIII activation peptide: a potential marker of acute thrombotic events

Coagulation factor XIII (FXIII) stabilizes fibrin fibers and is therefore a major player in the maintenance of hemostasis. FXIII is activated by thrombin resulting in cleavage and release of the FXIII activation peptide (AP-FXIII). The objective of this study was to characterize the released AP-FXIII and determine specific features that may be used for its specific detection. We analyzed the structure of bound AP-FXIII within the FXIII A-subunit and interactions of AP-FXIII by hydrogen bonds with both FXIII A-subunit monomers. We optimized our previously developed AP-FXIII ELISA by using 2 monoclonal antibodies. We determined high binding affinities between the antibodies and free AP-FXIII and demonstrated specific binding by epitope mapping analyses with surface plasmon resonance and enzyme-linked immunosorbent assay. Because the structure of free AP-FXIII had been characterized so far by molecular modeling only, we performed structural analysis by nuclear magnetic resonance. Recombinant AP-FXIII was largely flexible both in plasma and water, differing significantly from the rigid structure in the bound state. We suggest that the recognized epitope is either occluded in the noncleaved form or possesses a structure that does not allow binding to the antibodies. On the basis of our findings, we propose AP-FXIII as a possible new marker for acute thrombotic events.

Innate-like control of human iNKT cell autoreactivity via the hypervariable CDR3beta loop

Invariant Natural Killer T cells (iNKT) are a versatile lymphocyte subset with important roles in both host defense and immunological tolerance. They express a highly conserved TCR which mediates recognition of the non-polymorphic, lipid-binding molecule CD1d. The structure of human iNKT TCRs is unique in that only one of the six complementarity determining region (CDR) loops, CDR3beta, is hypervariable. The role of this loop for iNKT biology has been controversial, and it is unresolved whether it contributes to iNKT TCR:CD1d binding or antigen selectivity. On the one hand, the CDR3beta loop is dispensable for iNKT TCR binding to CD1d molecules presenting the xenobiotic alpha-galactosylceramide ligand KRN7000, which elicits a strong functional response from mouse and human iNKT cells. However, a role for CDR3beta in the recognition of CD1d molecules presenting less potent ligands, such as self-lipids, is suggested by the clonal distribution of iNKT autoreactivity. We demonstrate that the human iNKT repertoire comprises subsets of greatly differing TCR affinity to CD1d, and that these differences relate to their autoreactive functions. These functionally different iNKT subsets segregate in their ability to bind CD1d-tetramers loaded with the partial agonist alpha-linked glycolipid antigen OCH and structurally different endogenous beta-glycosylceramides. Using surface plasmon resonance with recombinant iNKT TCRs and different ligand-CD1d complexes, we demonstrate that the CDR3beta sequence strongly impacts on the iNKT TCR affinity to CD1d, independent of the loaded CD1d ligand. Collectively our data reveal a crucial role for CDR3beta for the function of human iNKT cells by tuning the overall affinity of the iNKT TCR to CD1d. This mechanism is relatively independent of the bound CD1d ligand and thus forms the basis of an inherent, CDR3beta dependent functional hierarchy of human iNKT cells.

The stress response protein Gls24 is induced by copper and interacts with the CopZ copper chaperone of Enterococcus hirae

Intracellular copper routing in Enterococcus hirae is accomplished by the CopZ copper chaperone. Under copper stress, CopZ donates Cu(+) to the CopY repressor, thereby releasing its bound zinc and abolishing repressor-DNA interaction. This in turn induces the expression of the cop operon, which encodes CopY and CopZ, in addition to two copper ATPases, CopA and CopB. To gain further insight into the function of CopZ, the yeast two-hybrid system was used to screen for proteins interacting with the copper chaperone. This led to the identification of Gls24, a member of a family of stress response proteins. Gls24 is part of an operon containing eight genes. The operon was induced by a range of stress conditions, but most notably by copper. Gls24 was overexpressed and purified, and was shown by surface plasmon resonance analysis to also interact with CopZ in vitro. Circular dichroism measurements revealed that Gls24 is partially unstructured. The current findings establish a novel link between Gls24 and copper homeostasis.

Indications for a protective function of beta2-glycoprotein I in thrombotic thrombocytopenic purpura

It has been shown that β(2) -glycoprotein I (β(2) GPI) interacts with von Willebrand factor (VWF) in a glycoprotein (GP)Ib binding state. Given the presence of active VWF multimers in thrombotic thrombocytopenic purpura (TTP), we speculated that β(2) GPI might play a role in TTP. We found that β(2) GPI plasma levels were significantly lower in acute and remission TTP patients than in normal controls, showing a direct correlation with ADAMTS 13 levels and an inverse correlation with the extent of VWF activation. In vitro flow experiments demonstrated that β(2) GPI can block platelet adhesion to endothelial cell-derived VWF strings. We confirmed the direct binding of β(2) GPI to VWF by surface plasmon resonance, and determined that domain I of β(2) GPI is the binding site of VWF A1 domain. Adhesion of β(2) GPI to erythrocytes and platelets was increased in the presence of active VWF, indicating that β(2) GPI may be cleared from the circulation during TTP episodes together with blood cells. Our findings suggest that β(2) GPI may protect from the effects of hyper-functional VWF by inhibiting its interaction with platelets.

Phosphocreatine interacts with phospholipids, affects membrane properties and exerts membrane-protective effects

A broad spectrum of beneficial effects has been ascribed to creatine (Cr), phosphocreatine (PCr) and their cyclic analogues cyclo-(cCr) and phospho-cyclocreatine (PcCr). Cr is widely used as nutritional supplement in sports and increasingly also as adjuvant treatment for pathologies such as myopathies and a plethora of neurodegenerative diseases. Additionally, Cr and its cyclic analogues have been proposed for anti-cancer treatment. The mechanisms involved in these pleiotropic effects are still controversial and far from being understood. The reversible conversion of Cr and ATP into PCr and ADP by creatine kinase, generating highly diffusible PCr energy reserves, is certainly an important element. However, some protective effects of Cr and analogues cannot be satisfactorily explained solely by effects on the cellular energy state. Here we used mainly liposome model systems to provide evidence for interaction of PCr and PcCr with different zwitterionic phospholipids by applying four independent, complementary biochemical and biophysical assays: (i) chemical binding assay, (ii) surface plasmon resonance spectroscopy (SPR), (iii) solid-state (31)P-NMR, and (iv) differential scanning calorimetry (DSC). SPR revealed low affinity PCr/phospholipid interaction that additionally induced changes in liposome shape as indicated by NMR and SPR. Additionally, DSC revealed evidence for membrane packing effects by PCr, as seen by altered lipid phase transition. Finally, PCr efficiently protected against membrane permeabilization in two different model systems: liposome-permeabilization by the membrane-active peptide melittin, and erythrocyte hemolysis by the oxidative drug doxorubicin, hypoosmotic stress or the mild detergent saponin. These findings suggest a new molecular basis for non-energy related functions of PCr and its cyclic analogue. PCr/phospholipid interaction and alteration of membrane structure may not only protect cellular membranes against various insults, but could have more general implications for many physiological membrane-related functions that are relevant for health and disease.

Collagen XII interacts with avian tenascin-X through its NC3 domain

Large oligomeric proteins often contain several binding sites for different molecules and can therefore induce formation of larger protein complexes. Collagen XII, a multidomain protein with a small collagenous region, interacts with fibrillar collagens through its C-terminal region. However, no interactions to other extracellular proteins have been identified involving the non-collagenous N-terminal NC3 domain. To further elucidate the components of protein complexes present close to collagen fibrils, different extracellular matrix proteins were tested for interaction in a solid phase assay. Binding to the NC3 domain of collagen XII was found for the avian homologue of tenascin-X that in humans is linked to Ehlers-Danlos disease. The binding was further characterized by surface plasmon resonance spectroscopy and supported by immunohistochemical co-localization in chick and mouse tissue. On the ultrastructural level, detection of collagen XII and tenascin-X by immunogold labeling confirmed this finding.

Multiple B-cell clones producing antibodies directed to the spacer and disintegrin/thrombospondin type-1 repeat 1 (TSP1) of ADAMTS13 in a patient with acquired thrombotic thrombocytopenic purpura

BACKGROUND: The cysteine-rich/spacer domains of ADAMTS13 contain a major binding site for antibodies in patients with acquired thrombotic thrombocytopenic purpura (TTP). OBJECTIVE: To study the heterogeneity of the antibody response towards these domains an immunoglobulin V-gene phage-display library was constructed to isolate monoclonal anti-ADAMTS13 antibodies from the immunoglobulin repertoire of a patient with acquired TTP. METHODS: Combined variable heavy chain (VH) and variable light chain (VL) segments, expressed as single-chain Fv fragments (scFv), were selected for binding to an ADAMTS13 fragment consisting of the disintegrin/thrombospondin type-1 repeat 1 (TSP1)/cysteine-rich/spacer domains. RESULTS: Seven different scFv antibody clones were identified that were assigned to four groups based on their homology to VH germline gene segments. Epitope-mapping revealed that scFv I-9 (VH1-69), I-26 (VH1-02), and I-41 (VH3-09) bind to an overlapping binding site in the ADAMTS13 spacer domain, whereas scFv I-16 (VH3-07) binds to the disintegrin/TSP1 domains. The affinity of scFv for the disintegrin/TSP1/cysteine-rich/spacer domain was determined by surface plasmon resonance analysis and the dissociation constants ranged from 3 to 254 nM. The scFv partially inhibited ADAMTS13 activity. However, full-length IgG prepared from the variable domains of scFv I-9 inhibited ADAMTS13 activity more profoundly. Plasma of six patients with acquired TTP competed for binding of scFv I-9 to ADAMTS13. CONCLUSION: Our data indicate that multiple B-cell clones producing antibodies directed against the spacer domain are present in the patient analyzed in this study. Our findings also suggest that antibodies with a similar epitope specificity as scFv I-9 are present in plasma of other patients with acquired TTP.

Kinetics of the interaction of desAABB-fibrin monomer with immobilized fibrinogen

The soluble and stable fibrin monomer-fibrinogen complex (SF) is well known to be present in the circulating blood of healthy individuals and of patients with thrombotic diseases. However, its physiological role is not yet fully understood. To deepen our knowledge about this complex, a method for the quantitative analysis of interaction between soluble fibrin monomers and surface-immobilized fibrinogen has been established by means of resonant mirror (IAsys) and surface plasmon resonance (BIAcore) biosensors. The protocols have been optimized and validated by choosing appropriate immobilization procedures with regeneration steps and suitable fibrin concentrations. The highly specific binding of fibrin monomers to immobilized fibrin(ogen), or vice versa, was characterized by an affinity constant of approximately 10(-8)M, which accords better with the direct dissociation of fibrin triads (KD approximately 10(-8) -10(-9) M) (J. R. Shainoff and B. N. Dardik, Annals of the New York Academy of Science, 1983, Vol. 27, pp. 254-268) than with earlier estimations of the KD for the fibrin-fibrinogen complex (KD approximately 10(-6) M) (J. L. Usero, C. Izquierdo, F. J. Burguillo, M. G. Roig, A. del Arco, and M. A. Herraez, International Journal of Biochemistry, 1981, Vol. 13, pp. 1191-1196).

Intravenous immunoglobulin contains a broad repertoire of anticarbohydrate antibodies that is not restricted to the IgG2 subclass

BACKGROUND: Specificities for carbohydrate IgG antibodies, thought to be predominantly of the IgG2 subclass, have never been broadly examined in healthy human subjects. OBJECTIVE: To examine commercial intravenous immunoglobulin (IVIG) preparations for their ability to recognize a wide range of glycans and to determine the contribution of IgG2 to the binding pattern observed. METHODS: We used a glycan microarray to evaluate IVIG preparations and a control mix of similar proportions of human myeloma IgG1 and IgG2 for binding to 377 glycans, courtesy of the Consortium for Functional Glycomics Core H. Glycans recognized were categorized using public databases for their likely cellular sources. IgG2 was depleted from IVIG by using immunoaffinity chromatography, and depletion was confirmed by using nephelometry and surface plasmon resonance. RESULTS: Nearly half of the glycans bound IgG. Some of the glycans with the greatest antibody binding can be found in structures of human pathogenic bacteria (eg, Streptococcus pneumoniae, Mycobacterium tuberculosis, Vibrio cholera) and nonpathogenic bacteria, including LPS and lipoteichoic acid, capsular polysaccharides, and exopolysaccharides. Surprisingly, depletion of IgG2 had only a modest effect on anticarbohydrate recognition patterns compared with the starting IVIG preparation. Little to no binding activity was detected to human endogenous glycans, including tumor-associated antigens. CONCLUSIONS: This novel, comprehensive analysis provides evidence that IVIG contains a much wider range than previously appreciated of anticarbohydrate IgG antibodies, including those recognizing both pathogenic and non-pathogen-associated prokaryotic glycans.

Self-assembly into nanoparticles is essential for receptor mediated uptake of therapeutic antisense oligonucleotides

Antisense oligonucleotides (ASOs) have the potential of revolutionizing medicine due to their ability to manipulate gene function for therapeutic purposes. ASOs are chemically modified and/or incorporated with nanoparticles to enhance their stability and cellular uptake; however, one of the biggest challenges is the poor understanding of their uptake mechanism, which is needed for designing better ASOs with high activity and low toxicity. Here, we study the uptake mechanism of three therapeutically relevant ASOs (peptide-conjugated phosphorodiamidate morpholino (P-PMO), 2?Omethyl phosphorothioate (2?OMe) and phosphorothioated tricyclo DNA (tcDNA) that have been optimized to induce exon skipping in models of Deuchenne muscular dystrophy (DMD). We show that P-PMO and tcDNA have high propensity to spontaneously self-assemble into nanoparticles. P-PMO forms micelles of defined size and their net charge (zeta potential) is dependent on the medium and concentration. In biomimetic conditions and at low concentrations P-PMO obtains net negative charge and its uptake is mediated by class A scavenger receptor subtypes (SCARAs) as shown by competitive inhibition and RNAi silencing experiments in-vitro. In-vivo, the activity of P-PMO was significantly decreased in SCARA1 knock-out mice compared to wild-type animals. Additionally, we show that SCARA1 is involved in the uptake of tcDNA and 2?OMe as shown by competitive inhibition and co-localization experiments. Surface plasmon resonance binding analysis to SCARA1 demonstrated that P-PMO and tcDNA have higher binding profiles to the receptor compared to 2?OMe. These results demonstrate receptor-mediated uptake for a range of ASO chemistries, a mechanism that is dependent on their self-assembly into nanoparticles.