Funktionale Farbstoffe, Marker und molekulare Sensoren (W2) Prof. Dr. Kalina Peneva Forschungsschwerpunkte Polymere mit inhärenten Guanidiniumgruppen für den Transport von DNA und siRNA Photosensibilisatoren für die photokatalytische Wasserspaltung Wasserlösliche Rylenfarbstoffe für biologische und medizinische Anwendungen Bioorthogonale Modifikation von therapeutisch wirksamen Peptiden und Proteinen Abb. 1. Grafische Darstellung eines Polyplexes aus Indol enthaltendem Terpolymer und Plasmid-DNA Polymere mit inhärenten Guanidiniumgruppen für den Transport von DNA und siRNA Die Synthese effizienter Transportsysteme für Polynukleotide auf Polymerbasis bleibt trotz erster Erfolge in klinischen Studien vorerst nur ein zukunftsweisender Traum. 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 Polymethacrylamid-basierten Trägermaterialien, die für den Transport von DNA und siRNA gedacht sind. Hierbei untersuchen wir neben dem Einfluss der Monomere selbst auch die Vor- und Nachteile bestimmter MonomerSequenzen linearer Polymere (statistisch, gradient, blockartig) in Bezug auf Parameter wie der Bindungsaffinität, der Transfektionseffizienz, der Zelltoxizität, der Kondensationseffizienz von DNA sowie der Größe der resultierenden Polyplexe. Wir haben vor kurzem berichtet, dass durch den Einbau eines indolhaltigen Monomers ein hocheffizientes Transfektionsmittel entwickelt werden kann. Um zu verstehen, inwieweit der Ursprung der hydrophoben Reste die Internalisierung, die Komplexierung von pDNA und die Fähigkeit der Polymere, als Genträger zu fungieren, beeinflusst, haben wir Terpolymere entwickelt, die in den Seitenketten die hydrophoben Reste der Aminosäuren Phenylalanin und Tyrosin nachahmen. Alle Terpolymere weisen unabhängig von der Art der Seitenkette nahezu vergleichbare In-vitroZellviabilitäts- und Hämokompatibilitätsprofile auf. Obwohl alle Terpolymere positiv geladene, enzymatisch stabile Polyplexe mit Plasmid-DNA bilden, die kleiner als 200 nm sind, wurden diese Parameter durch den Einbau des Indol-Monomers verbessert, da es eine höhere DNA-Bindungsaffinität zeigte und Nano-Assemblies von etwa 100 nm bildete. Unsere Studie zeigte das große Potenzial von Indol als Seitenkettengruppe, das die zelluläre Aufnahme der Polymere und die Transfektionseffizienz der entsprechenden Polyplexe erhöhen kann. [1] C. Cokca, F. J. Hack, D. Costabel, K. Herwig, J. Hülsmann, Patrick Then, Rainer Heintzmann, D. Fischer, K. Peneva (2021): PEGylation of Guanidinium and Indole Bearing Poly(methacrylamide)s – Biocompatible Terpolymers for pDNA Delivery, Macromol. Biosci. DOI: 10.1002/ mabi.202100146. [2] F. J. Hack, C. Cokca, S. Städter, J. Hülsmann, K. Peneva, D. Fischer (2021): Indole, Phenyl, and Phenol Groups: The Role of the Comonomer on Gene Delivery in Guanidinium Containing Methacrylamide Terpolymers, Macromol. Rapid Commun. DOI: 10.1002/ marc.202000580. [3] C. Cokca, L. Zartner, I. Tabujew, D. Fischer, K. Peneva (2020): Incorporation of Indole Significantly Improves the Transfection Efficiency of Guanidinium-Containing Poly(Methacrylamide)s, Macromol. Rapid Commun. 1900668, DOI: 10.1002/marc.201900668. 66 — FORSCHUNG
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