Fakultätsbericht 2016-2017

Professur für Funktionale Farbstoffe, Marker und molekulare Sensoren Prof. Dr. Kalina Peneva STIFT-Stiftungsprofessur Forschungsschwerpunkte  Wasserlösliche Rylenfarbstoffe für biologische und medizinische Anwendungen  Photosensibilisatoren für die photokatalytische Wasserspaltung  Guanidinium-funktionalisierte Polymere für den Transport von DNA und siRNA  Bioorthogonale Modifikation von therapeutisch wirksamen Peptiden und Proteinen 52 — FORSCHUNG Die Synthese effizienter Transportsysteme für Po- lynukleotide auf Polymerbasis bietet trotz erster Erfolge in klinischen Studien noch viele offene Fra- gestellungen. Unser Ziel ist die Überwindung der zahlreichen Hürden, die der Gentransport und die Gen-Stilllegung mit sich bringen. So beschäftigen wir uns mit der Strukturoptimierung von Polyme- thacrylamid-basierten Trägermaterialien, die für den Transport von DNA und siRNA geeignet sind. Hierbei untersuchen wir neben dem Einfluss der Monomere auch die Vor- und Nachteile bestimm- ter Monomeranordnungen in linearen Polymeren (statistisch, gradient, blockförmig) in Bezug auf Parameter wie die Bindungsaffinität, die Transfek- tionseffizienz, die Zelltoxizität, die Kondensations- effizienz von DNA und auch die Größe der resultie- renden Polyplexe. Die dabei zum Einsatz kommen- den Polymere werden durch Batch-, Semibatch- sowie durch sequentielle RAFT-Polymerisation hergestellt, so dass eine enge Molmassenvertei- lung und Kontrolle über die Kettenlänge als auch - Zusammensetzung der Copolymere gewährleistet ist. Ebenso führen wir polymeranaloge Modifikati- onen durch, um das Eigenschaftsprofil zu verbes- sern. Durch diese methodische Herangehenswei- se erreichten wir bereits den ersten in der Literatur dokumentierten Transport von siRNA in voll diffe- renzierte zytotoxische CD8 + T-Zellen, der alleinig durch die Polymere als Trägermaterialien vermit- telt wurde und nicht auf physikalische Perforati- onsmethoden zurückgreifen musste (Abb. 1). [1] Tabujew, I., Freidel, C., Krieg, B., Helm, M., Koynov, K., Müllen, K., Pene- va, K. (2014): The guanidinium group as a key part of water-soluble polymer carriers for siRNA complexation and protection against degra- dation. Macromol Rapid Commun, 35, 1191-7. DOI: 10.1002/ marc.201400120. [2] Tabujew, I., Lelle, M., Peneva, K. (2015): Cell-penetrating peptides for nanomedicine – how to choose the right peptide. Bionanomaterials, 16, 59-72. DOI: 10.1515/bnm-2015-0001. Kationische Polymere Bioorthogonale Peptid- und Proteinmodifikation Obwohl in jüngster Vergangenheit große Fort- schritte hinsichtlich eines zielgerichteten Wirk- stofftransports erreicht wurden, bedarf es weite- rer Optimierung bevor diese Systeme medizini- sche Relevanz erreichen. Eine Optimierungsmög- lichkeit liegt in der empfindlichen kovalenten Bindung zwischen dem Wirkstoff und den Anti- körpern oder Peptiden, die als Zielvektoren ge- nutzt werden. Wir adressieren diese Thematik durch unsere Arbeit an neuen Linker-Plattformen, die neben der ortsspezifischen Konjugation zahl- reicher Medikamente und Transportsysteme auch eine gesteuerte Freisetzung des Wirkstoffs in beispielsweise Krebszellen ermöglichen. Ein Beispiel für diese Arbeit ist das Konjugat beste- hend aus dem zytotoxischen Doxorubicin und dem Peptid Octreotid, welches einen zielgerich- teten Transport in Somatostatin-Typ-2-Rezeptor- überexprimierende Zellen erlaubt (Abb. 2). Hier- bei interkaliert der Linker in das Peptid unter Ausbildung von zwei spaltbaren Disulfidbrücken ohne dabei die zielweisende Funktion zu stören. In der Gegenwart eines physiologischen Redukti- onsmittels wie Glutathion, welches vor allem im Zytosol in hohen Konzentrationen vorkommt, wird der Wirkstoff schnell freigesetzt. Die An- wendbarkeit dieses Konzeptes konnten wir be- reits in zahlreichen Toxizitätsstudien belegen, in denen hohe Toxizität und Spezifität gegenüber Krebszelllinien erreicht wurde. [3] Lelle, M., Kaloyanova, S., Freidel, C., Theodoropoulou, M., Musheev, M., Niehrs, C., Stalla, G., Peneva, K. (2015): Octreotide-Mediated Tu- mor-Targeted Drug Delivery via a Cleavable Doxorubicin-Peptide Conjugate. Mol. Pharmaceutics, 12, 4290-4300. DOI: 10.1021/ acs.molpharmaceut.5b00487. [4] Lelle, M., Freidel, C., Kaloyanova, S., Tabujew, I., Schramm, A., Musheev, M., Niehrs, C., Peneva, K. (2017): Overcoming drug re- sistance by cell-penetrating peptide-mediated delivery of a doxorubi- cin dimer with high DNA-binding affinity. Eur J Med Chem, 130, 336- 345. DOI: 10.1016/j.ejmech.2017.02.056.