Novel immunoadjuvants based on cationic lipid: Preparation, characterization and activity in vivo

The interactions between three different protein antigens and dioctadecyldimethylammonium bromide (DODAB) dispersed in aqueous solutions from probe sonication or adsorbed its one bilayer onto particles was comparatively investigated. The three model proteins were bovine serum albumin (BSA), purified 18 kDa/14 kDa antigens from Taenia crassiceps (18/14-Tcra) and a recombinant, heat-shock protein hsp-18 kDa from Mycobacterium leprae. Protein-DODAB complexes in water solution were characterized by dynamic light scattering for sizing and zeta-potential analysis. Cationic complexes (80-100 nm of mean hydrodynamic diameter) displayed sizes similar to those of DODAB bilayer fragments (BF) in aqueous solution and good colloid stability over a range of DODAB and protein concentrations. The amount of cationic lipid required for attaining zero of zeta-potential at a given protein amount depended on protein nature being smaller for 18 kDa/14 kDa antigens than for BSA. Mean diameters for DODAB/protein complexes increased, whereas zeta-potentials decreased with NaCl or protein concentration. In mice, weak IgG production but significant cellular immune responses were induced by the complexes in comparison to antigens alone or carried by aluminum hydroxide as shown from IgG in serum determined by ELISA, delayed type hypersensitivity reaction from footpad swelling tests and cytokines analysis. The novel cationic adjuvant/protein complexes revealed good colloid stability and potential for vaccine design at a reduced DODAB concentration. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Alginate-chitosan systems: In vitro controlled release of triamcinolone and in vivo gastrointestinal transit

The aim of this study was to develop multiparticulate therapeutic systems of alginate (AL) and chitosan (CS) containing triamcinolone (TC) to colonic drug delivery. Multiparticulate systems of AL-CS, prepared by a complex coacervation/ionotropic gelation method, were characterized for morphological and size aspects, swelling degree, encapsulation content and efficiency, in vitro release profile in different environments simulating the gastrointestinal tract (GIT) and in vivo gastrointestinal transit. The systems showed suitable morphological characteristics with particle diameters of approximately 1.6 mm. In simulated gastric environment, at pH 1.2, the capsules presented low degree of swelling and in vitro release of drug. A higher swelling degree was observed in simulated enteric environment, pH 7.5, followed by erosion. Practically all the drug was released after 6 h of in vitro assay. The in vivo analysis of gastrointestinal transit, carried out in rats, showed that the systems passed practically intact through the stomach and did not show the same profile of swelling observed in the in vitro tests. It was possible to verify the presence of capsules in the colonic region of GIT. The results indicate that AL-CS multiparticulate systems can be used as an adjuvant for the preparation of therapeutic systems to colonic delivery of drugs. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Adhesive performance of dentin bonding agents applied in vivo and in vitro. Effect of intrapulpal pressure and dentin depth

The purpose of this study was to evaluate the influence of intrapulpal pressure and dentin depth on bond strengths of an etch-and-rinse and a self-etching bonding agent to dentin in vitro and in vivo. Twenty-four pairs of premolars were randomly divided into four groups (n = 6) according to the dentin bonding agent, Single Bond and Clearfil SE Bond, and intrapulpal pressure, null or positive. Each tooth of the pair was further designated to be treated in vivo or in vitro. The intrapulpal pressure was controlled in vivo by the delivery of local anesthetics containing or not a vasoconstrictor, while in vitro, it was achieved by keeping the teeth under hydrostatic pressure. Class I cavities were prepared and the dentin bonding agents were applied followed by incremental resin restoration. For the teeth treated in vitro, the same restorative procedures were performed after a 6 month-storage period. Beams with I mm 2 cross-sectional area were prepared and, microtensile tested. Clearfil SE Bond was not influenced by any of the variables of the study, while bond strengths produced in vitro were significatly higher for Single Bond. Overall, lower bond strengths were produced in deep dentin, which reached statistical significance when Single Bond was applied under physiological or simulated intrapulpal pressure. In conclusion, in vitro bonding may overestimate the immediate adhesive performance of more technique-sensitive dentin bonding systems. The impact of intrapulpal pressure on bond strength seems to be more adhesive dependent than dentin morphological characteristics related to depth. (C) 2007 Wiley Periodicals, Inc.

Polymeric Systems as Nanodevices for siRNA Delivery

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Desempenho adesivo de sistemas de união à dentina aplicados in vivo e in vitro: efeito da pressão intrapulpar e profundidade dentinária

O objetivo do presente estudo foi investigar a influência da pressão intrapulpar e da profundidade dentinária sobre o desempenho adesivo de dois agentes de união à dentina, Single Bond (3M ESPE, St. Paul, MN, EUA) e Clearfil SE Bond (Kuraray, Tokyo, Japão), aplicados in vitro e in vivo. Quarenta e oito prémolares superiores hígidos foram selecionados e os pares pertencentes aos mesmos pacientes foram aleatoriamente distribuídos em 4 grupos experimentais de acordo com o sistema adesivo e a pressão intrapulpar, presente ou ausente. Dos dentes pertencentes ao mesmo par, um foi tratado in vivo e o outro in vitro. A ausência ou presença de pressão intra-pulpar foi determinada in vivo pelo uso de anestésicos locais com ou sem vasoconstritor, respectivamente. In vitro, os dentes foram mantidos sob pressão hidrostática de 15 cm de água por 24 horas. Cavidades de classe I foram preparadas e os sistemas adesivos aplicados de acordo com a recomendação dos fabricantes, seguidos da restauração incremental em resina composta. Para os dentes tratados in vitro, os mesmos procedimentos restauradores foram realizados após 6 meses de armazenagem em solução contendo timol 0,1%. Espécimes com área de secção transversal de 1 mm2 foram obtidos e submetidos ao ensaio mecânico de microtração. In vivo, ambos os sistemas adesivos apresentaram desempenho adesivo comparável, enquanto in vitro, o sistema Single Bond foi superior ao sistema Clearfil SE Bond. Esse último não foi influenciado por nenhuma das variáveis estabelecidas no estudo, ou seja, aplicação in vitro ou in vitro, presença de pressão intrapulpar e profundidade em dentina. O sistema Single Bond aplicado sob pressão intrapulpar positiva sofreu variação significante de resistência de união em função da profundidade da dentina, ou seja, em dentina profunda seu desempenho adesivo... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo)

The Natural Cell-Penetrating Peptide Crotamine Targets Tumor Tissue in Vivo and Triggers a Lethal Calcium-Dependent Pathway in Cultured Cells

Our goal was to demonstrate the in vivo tumor specific accumulation of crotamine, a natural peptide from the venom of the South American rattlesnake Crotalus durissus terrificus, which has been characterized by our group as a cell penetrating peptide with a high specificity for actively proliferating cells and with a concentration-dependent cytotoxic effect. Crotamine cytotoxicity has been shown to be dependent on the disruption of lysosomes and subsequent activation of intracellular proteases. In this work, we show that the cytotoxic effect of crotamine also involves rapid intracellular calcium release and loss of mitochondrial membrane potential as observed in real time by confocal microscopy. The intracellular calcium overload induced by crotamine was almost completely blocked by thapsigargin. Microfluorimetry assays confirmed the importance of internal organelles, such as lysosomes and the endoplasmic reticulum, as contributors for the intracellular calcium increase, as well as the extracellular medium. Finally, we demonstrate here that crotamine injected intraperitoneally can efficiently target remote subcutaneous tumors engrafted in nude mice, as demonstrated by a noninvasive optical imaging procedure that permits in vivo real-time monitoring of crotamine uptake into tumor tissue. Taken together, our data indicate that the cytotoxic peptide crotamine can be used potentially for a dual purpose: to target and detect growing tumor tissues and to selectively trigger tumor cell death.

Radiolabeling of defined polymer architectures with fluorine-18 and iodine-131 for ex vivo and in vivo evaluation : visualization of structure-property relationships

Nuclear medicine imaging techniques such as PET are of increasing relevance in pharmaceutical research being valuable (pre)clinical tools to non-invasively assess drug performance in vivo. Therapeutic drugs, e.g. chemotherapeutics, often suffer from a poor balance between their efficacy and toxicity. Here, polymer based drug delivery systems can modulate the pharmacokinetics of low Mw therapeutics (prolonging blood circulation time, reducing toxic side effects, increasing target site accumulation) and therefore leading to a more efficient therapy. In this regard, poly-N-(2-hydroxypropyl)-methacrylamide (HPMA) constitutes a promising biocompatible polymer. Towards the further development of these structures, non-invasive PET imaging allows insight into structure-property relationships in vivo. This performant tool can guide design optimization towards more effective drug delivery. Hence, versatile radiolabeling strategies need to be developed and establishing 18F- as well as 131I-labeling of diverse HPMA architectures forms the basis for short- as well as long-term in vivo evaluations. By means of the prosthetic group [18F]FETos, 18F-labeling of distinct HPMA polymer architectures (homopolymers, amphiphilic copolymers as well as block copolymers) was successfully accomplished enabling their systematic evaluation in tumor bearing rats. These investigations revealed pronounced differences depending on individual polymer characteristics (molecular weight, amphiphilicity due to incorporated hydrophobic laurylmethacrylate (LMA) segments, architecture) as well as on the studied tumor model. Polymers showed higher uptake for up to 4 h p.i. into Walker 256 tumors vs. AT1 tumors (correlating to a higher cellular uptake in vitro). Highest tumor concentrations were found for amphiphilic HPMA-ran-LMA copolymers in comparison to homopolymers and block copolymers. Notably, the random LMA copolymer P4* (Mw=55 kDa, 25% LMA) exhibited most promising in vivo behavior such as highest blood retention as well as tumor uptake. Further studies concentrated on the influence of PEGylation (‘stealth effect’) in terms of improving drug delivery properties of defined polymeric micelles. Here, [18F]fluoroethylation of distinct PEGylated block copolymers (0%, 1%, 5%, 7%, 11% of incorporated PEG2kDa) enabled to systematically study the impact of PEG incorporation ratio and respective architecture on the in vivo performance. Most strikingly, higher PEG content caused prolonged blood circulation as well as a linear increase in tumor uptake (Walker 256 carcinoma). Due to the structural diversity of potential polymeric carrier systems, further versatile 18F-labeling strategies are needed. Therefore, a prosthetic 18F-labeling approach based on the Cu(I)-catalyzed click reaction was established for HPMA-based polymers, providing incorporation of fluorine-18 under mild conditions and in high yields. On this basis, a preliminary µPET study of a HPMA-based polymer – radiolabeled via the prosthetic group [18F]F-PEG3-N3 – was successfully accomplished. By revealing early pharmacokinetics, 18F-labeling enables to time-efficiently assess the potential of HPMA polymers for efficient drug delivery. Yet, investigating the long-term fate is essential, especially regarding prolonged circulation properties and passive tumor accumulation (EPR effect). Therefore, radiolabeling of diverse HPMA copolymers with the longer-lived isotope iodine-131 was accomplished enabling in vivo evaluation of copolymer P4* over several days. In this study, tumor retention of 131I-P4* could be demonstrated at least over 48h with concurrent blood clearance thereby confirming promising tumor targeting properties of amphiphilic HPMA copolymer systems based on the EPR effect.

Etablierung eines humanisierten Mausmodells zur In-vivo-Analyse von DC-adressierenden Nanopartikeln

In dieser Arbeit wurde zunächst ein humanisiertes Mausmodell entwickelt für die Analyse von humanen DCs in vivo. Darüber hinaus wurden erste Versuche mit Nanopartikelbeladenen DCs durchgeführt, mit der Intention, durch diese Kombination humane DCs zu untersuchen. Es wurden immunsupprimierte NOD/LtSz-scid IL2R (NSG) Mäuse verwendet und mit humanen CD34+ PBSCs transplantiert. Es wurden insgesamt 14 Modelle getestet, mit einer durchschnittlichen Humanisierungsrate von 76 %. In allen Modellen konnten ab Woche sechs nach Transplantation humane CD45+ Zellen sowie humane Bund NK-Zellen und CD14+ Monozyten gefunden werden. Darüber hinaus waren myeloide DC-Vorläuferzellen, konventionelle HLA DR CD11c DCs (cDCs) und plasmazytoide DCs (pDCs) vorhanden. Humane T-Zellen konnten nicht vor Woche 18 nach Transplantation beobachtet werden. Neben der Rekonstitution humaner DCs in peripheren Organen, wurde ebenfalls nach gewebsständigen DCs, insbesondere den Langerhans Zellen (LCs) der Epidermis geschaut. Waren humane LC vorhanden, konnten diese ab Woche zwölf nach Transplantation in der murinen Epidermis detektiert werden. Diese waren konstant bis in Woche 30 nach Transplantation nachweisbar. In Hinblick auf die Etablierung der DCs in diesem humanisierten Mausmodells wurden verschiedene Einflussgrößen getestet. IL-7 führte zu keiner veränderten Hämatopoese, wohingegen Flt3L zu einer Zunahme von CD14+ Monozyten und cDCs führte. Darüber hinaus konnte eine drastische Abnahmernhumaner B-Zellen beobachtet werden. Es zeigte sich, dass der Zeitpunkt der Flt3LrnApplikation einen entscheidenen Faktor für den Effekt von Flt3L auf die Rekonstitution humaner Zellen darstellt. Für die in dieser Arbeit durchgeführten funktionellen in vivo Studien, wurden humanisierten Mäusen alloreaktive CD8+ T-Zellen appliziert. Somit sollte die Funktionalität der rekonstituierten humanen APCs getestet werden. Es wurde deutlich, dass Monozyten und DCs ihre Funktionalität erst ab Woche 14 nach Transplantation zu entwickeln schienen,rnwohingegen B-Zellen bereits zu früheren Zeitpunkten als Zielzellen für die alloreaktiven T-Zellen dienten. Dies wurde durch den Rückgang der jeweiligen Zellen nach Applikation der T-Zellen sichtbar. Zu erwähnen ist, dass das Anwachsen einer humanen Hämatopoese stark spenderabhängig ist und somit keine allgemeingültigen Aussagen hinsichtlich der in vivo Funktion getroffen werden können. Um im Gewebe verbliebende APCs zu manipulieren gibt es verschiedene Möglichkeiten. Im Rahmen dieser Arbeit wurden auf Polystyren-basierende Nanopartikel getestet. Die verwendeten Partikel hatten eine Größe von 80 bis 160 nm und waren unfunktionalisiert oder mit Amino- bzw. Carboxy-Gruppen versehen. Zusätzlich wurden die Partikel mit BODIPY (Durchflusszytometrie und kLSM-Messungen), einem Infrarotnahem Farbstoff IR 780 (BFI-Messungen) und Platin (in vivo Messungen) beladen. Der Carboxy-funktionalisierte Partikel zeigte den geringsten Einfluss auf die Vitalität von humanen DCs, wohingegen der Amino-funktionalisierte Partikel bei steigender Konzentration toxisch wirkte. Bei unfunktionalisierten Partikeln stieg die Toxizität bei zunehmender Konzentration. Hinsichtlich der Expression diverser DC spezifischer Oberflächenmoleküle nach Beladung mit Nanopartikeln zeigte sich, dass allein der unfunktionalisierte, mit Lutensol AT50 hergestellte Partikel zu einer leichten Hochregulation von MHC-Klasse-II Molekülen führte. Die Expression von CD86 wurde im Gegenzug nur durch die Beladung mit den Amino-, bzw. Carboxy funktionalisierten Partikeln und dem unfunktionalisierten, mit SDS hergestellten Partikel leicht gesteigert. Trotz der teilweise leicht veränderten Expression von Oberflächenmarkern, konnte mit Hilfe von IFN-g ELISpots keine Beeinflussungrnder Funktion als APCs von Nanopartikel-beladenen DCs beobachtet werden. In den in vivo Untersuchungen zeigten alle vier Partikel eine konstante Zirkulation imrnOrganismus und konnten bis 96 h nach Applikation nachgewiesen werden. Alle Partikel konnten primär in der Leber detektiert werden, wobei der unfunktionalisierte, mit Lutensol AT50 hergestelle Partikel das weiteste Verbreitungsmuster zeigte. Erste Versuche im humanisierten Mausmodell zeigten keine Beeinflussung der Verteilung und Kinetik von Nanopartikeln durch die humane Hämatopoese. Mit dem in dieser Arbeit etablierten humanisierten Mausmodell ist es möglich, die Entwicklung, Differenzierung, Aktivierung und Funktionalität humaner DCs in vivo zu untersuchen. Darüber hinaus kann das gezielte Adressieren von DCs in vivo analysiert werden, was sowohl die Möglichkeit der Manipulation von DCs zur Vermeidung einer akuten GvHD bietet als auch Verwendung in anderen DC-vermittelten Therapien (z.B.Vakzinationsstudien) findet.

From defined polymer architectures to structure-property relationships in vivo

Makromolekulare Wirkstoffträgersysteme sind von starkem Interesse bezüglich der klinischen Anwendung chemotherapeutischer Agenzien. Um ihr klinisches Potential zu untersuchen ist es von besonderer Bedeutung das pharmakokinetische Profil in vivo zu bestimmen. Jede Veränderung der Polymerstruktur beeinflusst die Körperverteilung des entsprechenden Makromoleküls. Aufgrund dessen benötigt man detailliertes Wissen über Struktur-Eigenschaftsbeziehungen im lebenden Organismus, um das Nanocarrier System für zukünftige Anwendungen einzustellen. In dieser Beziehung stellt das präklinische Screening mittels radioaktiver Markierung und Positronen-Emissions-Tomographie eine nützliche Methode für schnelle sowie quantitative Beobachtung von Wirkstoffträgerkandidaten dar. Insbesondere poly(HPMA) und PEG sind im Arbeitsgebiet Polymer-basierter Therapeutika stark verbreitet und von ihnen abgeleitete Strukturen könnten neue Generationen in diesem Forschungsbereich bieten.rnDie vorliegende Arbeit beschreibt die erfolgreiche Synthese verschiedener HPMA und PEG basierter Polymer-Architekturen – Homopolymere, Statistische und Block copolymere – die mittels RAFT und Reaktivesterchemie durchgeführt wurde. Des Weiteren wurden die genannten Polymere mit Fluor-18 und Iod-131 radioaktiv markiert und mit Hilfe von microPET und ex vivo Biodistributionsstudien in tumortragenden Ratten biologisch evaluiert. Die Variation in Polymer-Architektur und darauffolgende Analyse in vivo resultierte in wichtige Schlussfolgerungen. Das hydrophile / lipophile Gleichgewicht hatte einen bedeutenden Einfluss auf das pharmakokinetische Profil, mit besten in vivo Eigenschaften (geringe Aufnahme in Leber und Milz sowie verlängerte Blutzirkulationszeit) für statistische HPMA-LMA copolymere mit steigendem hydrophoben Anteil. Außerdem zeigten Langzeitstudien mit Iod-131 eine verstärkte Retention von hochmolekularen, HPMA basierten statistischen Copolymeren im Tumorgewebe. Diese Beobachtung bestätigte den bekannten EPR-Effekt. Hinzukommend stellen Überstrukturbildung und damit Polymergröße Schlüsselfaktoren für effizientes Tumor-Targeting dar, da Polymerstrukturen über 200 nm in Durchmesser schnell vom MPS erkannt und vom Blutkreislauf eliminiert werden. Aufgrund dessen wurden die hier synthetisierten HPMA Block copolymere mit PEG Seitengruppen chemisch modifiziert, um eine Verminderung in Größe sowie eine Reduktion in Blutausscheidung zu induzieren. Dieser Ansatz führte zu einer erhöhten Tumoranreicherung im Walker 256 Karzinom Modell. Generell wird die Körperverteilung von HPMA und PEG basierten Polymeren stark durch die Polymer-Architektur sowie das Molekulargewicht beeinflusst. Außerdem hängt ihre Effizienz hinsichtlich Tumorbehandlung deutlich von den individuellen Charakteristika des einzelnen Tumors ab. Aufgrund dieser Beobachtungen betont die hier vorgestellte Dissertation die Notwendigkeit einer detaillierten Polymer-Charakterisierung, kombiniert mit präklinischem Screening, um polymere Wirkstoffträgersysteme für individualisierte Patienten-Therapie in der Zukunft maßzuschneidern.rn

18 F-Click-Radiomarkierung polymerer Trägersysteme zur ex vivo- und in vivo-Evaluierung

Die Positronen-Emissions-Tomographie (PET) ist ein leistungsstarkes, nicht-invasives, bildgebendes Verfahren in der Nuklearmedizin und hat darüber hinaus zunehmende Bedeutung in der Arzneistoffentwicklung. Zur Verbesserung des therapeutischen Index von niedermolekularen Pharmaka werden vermehrt Wirkstofftransportsysteme eingesetzt. Eine Klasse dieser Wirkstofftransportsysteme sind Liposomen. Die Weiterentwicklung der klassischen Liposomen sind sogenannte „Stealth“-Liposomen, die eine Polyethylenglykol (PEG)-Korona zur Herabsetzung der Erkennung und Ausscheidung tragen. Zur (Weiter-)Entwicklung und deren in vivo-Evaluierung bietet die PET die Möglichkeit, die Auswirkungen von strukturellen Anpassungen auf die pharmakokinetischen Eigenschaften solcher Transportsysteme zu untersuchen. Zur Evaluierung neuartiger, cholesterolverankerter, linear-hyperverzweigter Polyglycerole (Ch-PEG-hbPG) als sterisch stabilisierende Polymere in Liposomen wurden diese im Rahmen dieser Arbeit mit der prosthetischen Gruppe 18F-TEG-N3 über kupferkatalysierte Alkin-Azid Cycloaddition (CuAAC) in sehr hohen Ausbeuten radiomarkiert. Zum systematischen Vergleich des in vivo-Verhaltens wurde ebenfalls ein cholesterolbasiertes lineares PEG (Ch-PEG) mit CuAAC nahezu quantitativ radiomarkiert. Als drittes Element wurde die Direktmarkierung von Cholesterol mit [18F]F- entwickelt. Diese drei Verbindungen wurden zuerst separat als Einzelkomponenten und anschließend, in Liposomen formuliert, in Tierstudien an Mäusen hinsichtlich ihrer initialen Pharmakokinetik und Biodistribution untersucht. Dabei zeigte sich ein ähnliches Verhalten der neuartigen Ch-PEG-hbPG-Derivate zu den bekannten Ch-PEG, mit dem Vorteil der Multifunktionalität an den hyperverzweigten Strukturen. Die liposomalen Strukturen mit der neuartigen sterischen Stabilisierung wiesen eine erhöhte Blutzirkulationszeit und vorteilhafte Blut-zu-Leber- und Blut-zu-Lunge-Verhältnisse im Vergleich zu den linear stabilisierten Analoga auf.rnEine weitere Klasse von Wirkstofftransportsystemen sind polymere Trägersysteme wie pHPMA. Alkinfunktionalisierte Polymere konnten in zwei verschiedenen Größen (~12 und 60 kDa) mittels CuAAC in sehr hohen Ausbeuten mit der prosthetischen Gruppe 18F-TEG-N3 radiomarkiert werden. Bicyclononinderivate der gleichen Größen konnten ohne Kupferkatalyse über ringspannungsvermittelte Alkin-Azid-Cycloaddition (SPAAC) mikrowellengestützt markiert werden und stehen somit zur in vivo-Untersuchung hinsichtlich des Einflusses der Markierungsart zur Verfügung.

Synthese und Charakterisierung von HPMA-stabilisierten Kolloiden sowie deren Evaluierung in vitro und in vivo

Nanodimensionale Wirkstoff-Trägersysteme sind in der Lage, sowohl die Bioverfügbarkeit als auch das pharmakokinetische Profil von Wirkstoffen drastisch zu verbessern. Hauptgründe dafür sind eine erhöhte Plasma-Halbwertszeit durch die größenbedingte verminderte renale Ausscheidung und eine gesteigerte Anreicherung im Tumorgewebe durch den EPR-Effekt. Diese Arbeit beschreibt die Synthese und Entwicklung neuer kolloidaler Wirkstoff-Trägersysteme, welche biokompatibel, teilweise bioabbaubar und funktionalisierbar sind. Ein Fluoreszenzfarbstoff wurde als hydrophobes Wirkstoffmodell eingekapselt. Wohldefinierte, eng verteilte und funktionalisierbare HPMA-basierte Block- und statistische Copolymere unterschiedlicher Molekulargewichte (10-25 kDa) und hydrophiler/hydrophober Zusammensetzung (10-50 mol%) wurden mittels RAFT- Polymerisation in Kombination mit dem Reaktivesteransatz hergestellt und in Miniemulsionsprozesse eingesetzt, um ihre Stabilisierungseffizienz zu untersuchen. Dabei zeigte sich, dass die kleineren Copolymere (10 kDa) mit einem Einbau von 10 mol% LMA, sowohl im Modellsystem Polystyrol, als auch im bioabbaubaren PDLLA-System, besonders geeignet sind und ergaben monodisperse Kolloide im Größenbereich von 100 bis 300 nm. Die kolloidalen Systeme zeigten keine Wirkung auf die Zellviabilität. In Folge dessen wurde das Aggregationsverhalten in humanem Blutserum mittels DLS untersucht, wobei keine Interaktion mit Blutbestandteilen festgestellt werden konnte. Zellaufnahmestudien wurden an HeLa-Zellen durchgeführt, um das Schicksal der Kolloide in vitro zu untersuchen. Dabei wurden Kernmaterial, Hülle und das hydrophobe Wirkstoffmodell durch unterschiedliche Fluoreszenzmarkierung getrennt betrachtet. Das hydrophobe Wirkstoffmodell wurde allein durch Interaktion der Kolloide mit den Zellen übertragen, was für eine diffusionsbedingte, initiale, aber unspezifische Freisetzung spricht. Eine solche Freisetzungskinetik kann durch Verwendung von Nitroglycerin, als vasodilatierender Wirkstoff mit geringer unspezifischer Wirkung, ausgenutzt werden, um den EPR-Effekt zu unterstützen. Die Aufnahme des Partikels hingegen geschieht zeitverzögert. Das Schicksal der Kolloide (sowohl des Kern- und desrnHüllmaterials) wurde durch doppelte Fluoreszenzmarkierung untersucht. Dabei kam es zu einer intrazellulären Ablösung der stabilisierenden Block-Copolymere zwischen 8 und 24 h. Nach Aufklärung der Aufnahme- und Freisetzungskinetiken wurde nun die Körperverteilung der PS- und PDLLA-Kolloide nach 18F-Markierung mittels PET und ex vivo-Biodistributiosstudien untersucht. Dabei hatte das Kernmaterial einen Einfluss auf die Körperverteilung. PET-Studien in Mäusen zeigten, dass die stabilisierenden Block-Copolymere beider Kolloide ein starkes Signal in der Niere geben, wobei das der PS-Kolloide weiter ausgeprägt war. Darüber hinaus war eine Anreicherung dieser in Lunge, Leber und Milz festzustellen. Die Verdrängung der stabilisierenden Polymere durch die Interaktion mit Blutbestandteilen erklärt dabei das erhöhte Nieren- und Blasensignal der PS- Kolloide. Das Anreicherungsmuster der PDLLA-Kolloide hingegen zeigte neben der Nierenakkumulation eine erhöhte Blutaktivität und somit die gewünschten langzirkulierenden Eigenschaften. Diese Ergebnisse konnten auch mittels ex vivo- Biodistributionsstudien bestätigt werden. Um die Tumoranreicherung weiter zu verbessern wurde die Verwendung von Folat als Erkennungsstruktur am einfachen HPMA-Polymer untersucht. Die Konjugate zeigten eine erhöhte Anreicherung im Vergleich zu den Polymeren ohne Erkennungsstrukturen. Blockadestudien bestätigten die Selektivität der Anreicherung. Diese Daten zeigen das Potential der Folat-Erkennungsstruktur in vivo innerhalb kurzer Zeitfenster, welche nun auf kolloidale Systeme übertragen werden kann.

In vivo electroporation and ubiquitin promoter--a protocol for sustained gene expression in the lung

BACKGROUND: Gene therapy applications require safe and efficient methods for gene transfer. Present methods are restricted by low efficiency and short duration of transgene expression. In vivo electroporation, a physical method of gene transfer, has evolved as an efficient method in recent years. We present a protocol involving electroporation combined with a long-acting promoter system for gene transfer to the lung. METHODS: The study was designed to evaluate electroporation-mediated gene transfer to the lung and to analyze a promoter system that allows prolonged transgene expression. A volume of 250 microl of purified plasmid DNA suspended in water was instilled into the left lung of anesthetized rats, followed by left thoracotomy and electroporation of the exposed left lung. Plasmids pCiKlux and pUblux expressing luciferase under the control of the cytomegalovirus immediate-early promoter/enhancer (CMV-IEPE) or human polyubiquitin c (Ubc) promoter were used. Electroporation conditions were optimized with four pulses (200 V/cm, 20 ms at 1 Hz) using flat plate electrodes. The animals were sacrificed at different time points up to day 40, after gene transfer. Gene expression was detected and quantified by bioluminescent reporter imaging (BLI) and relative light units per milligram of protein (RLU/mg) was measured by luminometer for p.Pyralis luciferase and immunohistochemistry, using an anti-luciferase antibody. RESULTS: Gene expression with the CMV-IEPE promoter was highest 24 h after gene transfer (2932+/-249.4 relative light units (RLU)/mg of total lung protein) and returned to baseline by day 3 (382+/-318 RLU/mg of total lung protein); at day 5 no expression was detected, whereas gene expression under the Ubc promoter was detected up to day 40 (1989+/-710 RLU/mg of total lung protein) with a peak at day 20 (2821+/-2092 RLU/mg of total lung protein). Arterial blood gas (PaO2), histological assessment and cytokine measurements showed no significant toxicity neither at day 1 nor at day 40. CONCLUSIONS: These results provide evidence that in vivo electroporation is a safe and effective tool for non-viral gene delivery to the lungs. If this method is used in combination with a long-acting promoter system, sustained transgene expression can be achieved.

Analgesic activity of a non-peptide imidazolidinedione somatostatin agonist: in vitro and in vivo studies in rat

Several lines of evidence support an important role for somatostatin receptors (SSTRs) in pain modulation. The therapeutic use of established SSTR peptide agonists for this indication is limited by their broad range of effects, need for intrathecal delivery, and short half-life. Therefore, the goal of the present study was to investigate the analgesic effect of SCR007, a new, highly selective SSTR2 non-peptide agonist. Behavioral studies demonstrated that paw withdrawal latencies to heat were significantly increased following intraplantar SCR007. Furthermore, both intraperitoneal and intraplantar injection of SCR007 significantly reduced formalin- and capsaicin-induced flinching and lifting/licking nociceptive behaviors. Recordings from nociceptors using an in vitro glabrous skin-nerve preparation showed that SCR007 reduced heat responses in a dose-dependent fashion, bradykinin-induced excitation, heat sensitization and capsaicin-induced excitation. In both the behavioral and single fiber studies, the SCR007 effects were reversed by the SSTR antagonist cyclo-somatostatin, demonstrating receptor specificity. In the single fiber studies, the opioid antagonist naloxone did not reverse SCR007-induced anti-nociception suggesting that SCR007 did not exert its effects through activation of opioid receptors. Analysis of cAMP/protein kinase A (PKA) involvement demonstrated that SCR007 prevented forskolin- and Sp-8-Br-cAMPS (a PKA activator)-induced heat sensitization, supporting the hypothesis that SCR007-induced inhibition could involve a down-regulation of the cAMP/PKA pathway. These data provide several lines of evidence that the non-peptide imidazolidinedione SSTR2 agonist SCR007 is a promising anti-nociceptive and analgesic agent for the treatment of pain of peripheral and/or central origin.

In vivo particle uptake by airway macrophages in healthy volunteers

We combined two techniques, radiolabeled aerosol inhalation delivery and induced sputum, to examine in vivo the time course of particle uptake by airway macrophages in 10 healthy volunteers. On three separate visits, induced sputum was obtained 40, 100, and 160 min after inhalation of radiolabeled sulfur colloid (SC) aerosol (Tc99 m-SC, 0.2 microm colloid size delivered in 6-microm droplets). On a fourth visit (control) with no SC inhalation, induced sputum was obtained and SC particles were incubated (37 degrees C) in vitro with sputum cells for 40, 100, and 160 min (matching the times associated with in vivo sampling). Total and differential cell counts were recorded for each sputum sample. Compared with 40 min (6 +/- 3%), uptake in vivo was significantly elevated at 100 (31 +/- 5%) and 160 min (27 +/- 4%); both were strongly associated with the number of airway macrophages (R = 0.8 and 0.7, respectively); and the number and proportion of macrophages at 40 min were significantly (P < 0.05) elevated compared with control (1,248 +/- 256 versus 555 +/- 114 cells/mg; 76 +/- 6% versus 60 +/- 5%). Uptake in vitro increased in a linear fashion over time and was maximal at 160 min (40 min, 12 +/- 2%; 100 min, 16 +/- 4%; 160 min, 24 +/- 6%). These data suggest that airway surface macrophages in healthy subjects rapidly engulf insoluble particles. Further, macrophage recruitment and phagocytosis-modifying agents are factors in vivo that likely affect particle uptake and its time course.

Pharmacological Modulation of Hemodynamics in Adult Zebrafish In Vivo

INTRODUCTION: Hemodynamic parameters in zebrafish receive increasing attention because of their important role in cardiovascular processes such as atherosclerosis, hematopoiesis, sprouting and intussusceptive angiogenesis. To study underlying mechanisms, the precise modulation of parameters like blood flow velocity or shear stress is centrally important. Questions related to blood flow have been addressed in the past in either embryonic or ex vivo-zebrafish models but little information is available for adult animals. Here we describe a pharmacological approach to modulate cardiac and hemodynamic parameters in adult zebrafish in vivo. MATERIALS AND METHODS: Adult zebrafish were paralyzed and orally perfused with salt water. The drugs isoprenaline and sodium nitroprusside were directly applied with the perfusate, thus closely resembling the preferred method for drug delivery in zebrafish, namely within the water. Drug effects on the heart and on blood flow in the submental vein were studied using electrocardiograms, in vivo-microscopy and mathematical flow simulations. RESULTS: Under control conditions, heart rate, blood flow velocity and shear stress varied less than ± 5%. Maximal chronotropic effects of isoprenaline were achieved at a concentration of 50 μmol/L, where it increased the heart rate by 22.6 ± 1.3% (n = 4; p < 0.0001). Blood flow velocity and shear stress in the submental vein were not significantly increased. Sodium nitroprusside at 1 mmol/L did not alter the heart rate but increased blood flow velocity by 110.46 ± 19.64% (p = 0.01) and shear stress by 117.96 ± 23.65% (n = 9; p = 0.03). DISCUSSION: In this study, we demonstrate that cardiac and hemodynamic parameters in adult zebrafish can be efficiently modulated by isoprenaline and sodium nitroprusside. Together with the suitability of the zebrafish for in vivo-microscopy and genetic modifications, the methodology described permits studying biological processes that are dependent on hemodynamic alterations.