Tetraether lipid Liposomes for the Preparation of Novel Liposomal Drug Carriers

Liposomen bieten ein breites Spektrum an medizinischen Anwendungsmöglichkeiten, besonders in der Diagnostik und der Therapie. Die Stabilität der Liposomen als Wirkstoffträger stellt dabei eine der größten Einschränkungen in der Anwendung dar, da die Gefahr eines schnellen Abbaus der Vesikel im menschlichen Körper besteht. Daher wurden im Rahmen dieser Arbeit hochstabile Tetraetherlipid-Liposomen (TEL-Liposomen) hergestellt und charakterisiert. Die vorliegende Arbeit umfasst die Untersuchung der Stabilität von Tetraetherlipid-Liposomen, die Lectinbindung dieser Liposomen und schließlich Liposomen als Träger eines Anti-Angiogenese-Wirkstoffes. Diese Untersuchungen sind in fünf Kapiteln strukturiert. Kapitel 1 gibt eine Einführung in Tetraetherlipid-Liposomen, stellt Methoden zur Extraktion und Reinigung vor und beschreibt pharmazeutische Anwendungsmöglichkeiten. Darüber hinaus werden Modifikationen von TEL-Liposomen und deren Nutzung zum Wirkstofftransport diskutiert. Der Fokus dieses Kapitels liegt auf dem Einsatz von Liposomen als Antiangiogenese-Wirkstofftransporter in der Krebstherapie. Kapitel 2 charakterisiert Tetraetherlipid-Liposomen, die aus einem Archea-Lipid, Glycerol-Dialkyl-Nonitol-Tetraether (GDNT), hergestellt wurden, das aus dem thermoacidophilen Archaeon Sulfolobus acidocaldarius isoliert wurde. Es wurden Untersuchungen zur Thermostabilität, Stabilität während des Autoklavierens und pH-Stabilität durchgeführt. Weiterhin wurde eine morphologische Charakterisierung vorgenommen. In diesem Kapitel wurde ein spezifisches Lipid isoliert und gereinigt, um Liposomen herzustellen. Liposomen aus GDNT weisen eine hohe Stabilität in unterschiedlichen pH- und Temperaturbedingungen auf. Es konnte gezeigt werden, dass GDNT-Liposomen sogar nach dem Autoklavieren stabil bleiben. Kapitel 2 liegt in Form eines Methodenprotokolls vor. Kapitel 3 beschreibt die Stabilitätseigenschaften von Tetraetherlipid-Liposomen unter Bedingungen, die die physiologischen Gegebenheiten im Atmungssystem und Magen-Darm-Trakt simulieren. Hierzu wurden Tetraether-Lipide aus dem thermoacidophilen Archaeon Thermoplasma acidophilum isoliert. Im Gegensatz zu den in Kapitel 2 vorgestellten Liposomzusammensetzungen wurden hier Liposomen aus dem Gesamtumfang der isolierten Tetraether-Lipide anstatt aus einer bestimmten Fraktion hergestellt. Zusätzlich zu Untersuchungen der Stabilität unter pH-Stress und Autoklavierungs-Bedingungen wurden die Liposomen in fetalem Kälberserum und Lungen-Surfactant untersucht. Der TEL-Anteil in den Liposomen verhilft ihnen dabei zu hoher Stabilität. Dies ist vielversprechend für einen späteren Einsatz im zielgerichteten Wirkstofftransport. Diese Untersuchungen können als Vorversuche zur Ermittlung der optimalen Lipidzusammensetzung von Liposomen angesehen werden, die in den weiterführenden Studien genutzt werden sollen. Kapitel 4 beschäftigt sich mit Lectin-Kohlenhydrat-Interaktionen. Das Lektin Concavalin A (ConA), gewonnen aus der Jackbohne Canavalia ensiformis, wurde hier zur Modifikation von Tetraetherlipid-Liposomen eingesetzt. ConA bindet an Zuckerdomänen, wie sie in entzündetem Gewebe oder Tumoren vorkommen. Die ConA – modifizierten TEL-Liposomen stellen somit eine effektive Methode zur gezielten Anwendung in solchen Geweben dar. Die Polymerform des Zuckers Mannose, „Mannan―, wurde zur Beschichtung eines Bio-Chips genutzt, so dass Kohlenhydratreste auf einer Zelloberfläche simuliert werden konnten. Die Affinität der ConA – modifizierten Liposomen zum mannanbeschichteten Biochip wurde mittels Reflektrometrischer Interferenzspektroskopie untersucht, die mit einem BIAffinity-Gerät durchgeführt wurde, und weiterhin mittels Rasterkraftmikroskopie. Diese Messungen erlauben die vollständige Charakterisierung der Bindung von ConA an die Mannanoberfläche. In diesem Zusammenhang kann die ConA-Modifikation der TEL-Liposomen als Modellversuch für die Untersuchung spezifischer Biomarker betrachtet werden. Künftig könnten TEL-Liposomen als wirksame zielgerichtete Wirkstoffträger zum Einsatz kommen. Kapitel 5 schildert den Antiangiogenese-Effekt des Tyrosinkinaseinhibitos „imatinib―, der in TEL-Liposomen eingschlossen wurde, um den Wirkstoff zu schützen und Nebenwirkungen auf den Organismus zu minimieren. Der Antiangiogenese-Effekt wurde an Blutgefäßen in einem CAM-Modell (Chorioallantoische Membran im Hühnerei) untersucht, insbesondere aufgrund des dichten Kapillarnetzwerks und der Eignung für kontinuierliche Beobachtung des Implantats. Neben den in-ovo-Untersuchungen wurde der Antiangiogenese-Effekt der imatinib-beladenen TEL-Liposomen mittels Zellviabilität- und Western-Blot-Analysen charakterisiert. Aufgrund der gewonnen Erkenntnisse im direkten Vergleich von imatinib-geladenen TEL-Liposomen mit imatinib-Lösung konnten die TEL-Liposomen als vielversprechende Vektoren für Tyrosinkinaseinhibitoren dargestellt werden, da sie eine hohe Antiangiogeneseeffizienz mit einer niedrigeren Wirkstoffkonzentration erreichen. Dieser Ansatz soll helfen, unerwünsche Nebeneffekte des verwendeten Wirkstoffes zu minimieren und reduziert die für eine Therapie notwendige Wirkstoffmenge auf ein Mindestmaß.