Einfluss extrazellulärer Faktoren auf Struktur und Funktion nichtviraler Genvektoren

In den vergangenen zehn Jahren wurden große Fortschritte
hinsichtlich einer möglichen Gentherapie angeborener
Lungenerkrankungen wie Mukoviszidose oder a1-Antitrypsinmangel
erzielt. Dabei spielt die Gentherapie mittels nichtviraler
Genvektoren zunehmend eine größere Rolle. Doch trotz ermutigender
Ergebnisse aus einer Reihe von klinischen Studien ist die Effizienz
des nichtviralen Gentransfers über eine topische Applikation in die
Atemwege bis heute zu gering. Ziel dieser Arbeit war es, zu
untersuchen, welchen Wechselwirkungen nichtvirale Genvektorkomplexe
im Milieu der Atemwege unterliegen. Dabei konnten Veränderungen der
inneren Struktur nichtviraler Genvektorkomplexe unter Einfluss von
Surfactant bzw. bronchoalveolärer Lavageflüssigkeit mit Hilfe von
Fluoreszenz-Quenching-Assays und
Fluoreszenz-Resonanz-Energietransfer (FRET) nachgewiesen werden.
Auch die Oberflächenladung der kationischen Genvektorkomplexe wurde
beeinflusst, wobei in Anwesenheit hoher Konzentrationen von
Surfactant eine Ladungsumkehr hin zu negativen Werten gemessen
wurde. In Bezug auf die äußere Struktur der kationischen
Genvektorkomplexe konnte gezeigt werden, dass in Anwesenheit von
Surfactant bei Lipoplexen eine starke Zunahme der Größe beobachtet
wurde, während die Größe von Polyplexen sogar leicht abnahm.
Ebenfalls konnte gezeigt werden, dass die An- oder Abwesenheit von
Salz in physiologischen Konzentrationen bei der Herstellung der
Genvektorkomplexe einen Einfluss hat auf die Interaktion von
Surfactant mit den Genvektorkomplexen. Um zu ermitteln, inwieweit
die Veränderung biophysikalischer Parameter die Funktion der
Genvektorkomplexe beeinflusst, wurden das Adhäsionsverhalten der
Genvektorkomplexe an der Zelloberfläche und ihre
Transfektionseffizienz untersucht. Auch hier waren die Folgen der
Interaktion mit Surfactant sehr unterschiedlich ausgeprägt, je nach
dem, ob kationische Liposomen oder kationische Polymere als
Genvektorsystem verwendet wurden. Um die Effizienz des nichtviralen
Gentransfers in die Lunge zu erhöhen, gibt es eine Reihe
unterschiedlicher Ansätze. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde
die Anwendbarkeit der Magnetofektion auf die Transfektion von
Atemwegsepithelien untersucht. Die Magnetofektion beruht auf dem
Prinzip der Anreicherung von Genvektorkomplexen am Zielgewebe mit
Hilfe magnetischer Anziehungskräfte. Es konnte eine deutlich
bessere Dosis-Wirkungs-Beziehung der über kationische Polymere
vermittelten Magnetofektion verglichen mit dem konventionellen über
kationische Polymere vermittelten Gentransfer nachgewiesen werden.
Hierfür waren sowohl eine stärkere als auch eine schnellere
Anreicherung der Genvektorkomplexe an der Zelloberfläche
verantwortlich. Die Effizienz der Magnetofektion war bei gegebener
Inkubationszeit der Transfektionseffizienz konventioneller
nichtviraler Gentransfersysteme deutlich überlegen. In
elektronenmikroskopischen Untersuchungen konnte eine Aufnahme der
Genvektorkomplexe in Zellen intakter Atemwegsepithelien mit Hilfe
der Magnetofektion nachgewiesen werden.