FORSCHUNG — 103 Partikelformulierung (Nachwuchsgruppe) Dr. Anja Träger Forschungsschwerpunkte • Synthese polymerbasierter Nanoträger für den Gentransfer: Entwicklung von Polymeren zur effizienten und sicheren Übertragung von genetischem Material wie siRNA, mRNA und DNA in Zellen. • Analyse von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen: Untersuchung, wie Material Zusammensetzung und Herstellung die Struktur von Nanopartikeln, deren Stabilität, Membraninteraktion und Effizienz beeinflussen. • Entwicklung verbesserter Polymer- und Partikelplattformen: Etablierung wasserbasierter Technologien zur effizienten Verpackung von genetischem Material in Polymer- und Lipidpartikel. Nicht-virale Gentransfersysteme bieten eine vielversprechende Alternative zu viralen Vektoren, da sie ein geringeres Immunrisiko aufweisen und flexibler an verschiedene Anwendungen angepasst werden können. Dennoch stellen Stabilität, Effizienz und Biokompatibilität weiterhin zentrale Herausforderungen dar. Genetisches Material besitzt eine negative Ladung und erfordert daher positiv geladene Moleküle zur Einkapselung und zum Schutz. Diese Wechselwirkungen können jedoch auch zu unerwünschten Nebenreaktionen führen, insbesondere durch Interaktionen mit Serumproteinen, was die Effektivität mindert oder Nebenwirkungen hervorruft. Um diese Herausforderungen zu umgehen, setzen wir auf gezielt geladene Polymere (Polyanionen), hydrophobe Moleküle und sogenannte Stealth-Polymere. Diese modifizierten Trägersysteme minimieren unerwünschte Proteininteraktionen und ermöglichen eine verbesserte Stabilität und Effizienz. Im Rahmen unserer Arbeiten haben wir geladene Blockcopolymere untersucht, um optimale Ladungsverhältnisse zwischen anionischen und kationischen Gruppen für einen effizienten Gentransfer in Anwesenheit von Serumproteinen zu identifizieren. Dabei kamen auch Methoden des maschinellen Lernens zum Einsatz, um die Auswahl geeigneter Polymere zu beschleunigen und Ressourcen zu sparen [1]. Im SFB „PolyTarget“ untersuchten wir beschichtete Polymerpartikel für den Gentransfer von siRNA in Blutzellen. Durch die Kopplung von Vitamin B3 an Polymere konnten wir sowohl die Biokompatibilität als auch die Effizienz der siRNA-Abgabe steigern, ohne eine Immunreaktion auszulösen [2]. Ein weiterer Schwerpunkt lag auf der Übertragung einer wässrigen Formulierungsmethode von Polymerpartikeln auf Lipid-Nanopartikel. Hierbei nutzten wir ein Stealth-Polymer mit einer Cholesterol-Endgruppe [3], das die Notwendigkeit von freiem Cholesterol innerhalb der Partikel eliminierte und gleichzeitig auf Ethanol in der Herstellung verzichtete. Dies trägt zur verbesserten Sicherheit und Skalierbarkeit der LipidNanopartikel-Formulierung bei. [1] Leer K., Reichel L. S., Kimmig J., Richter F., Hoeppener S., Brendel J. C., Zechel S., Schubert U. S., Traeger A. (2024): Optimization of Mixed Micelles Based on Oppositely Charged Block Copolymers by Machine Learning for Application in Gene Delivery. Small, DOI: 10.1002/smll.202306116. [2] Mapfumo P. P., Reichel L. S., André T., Hoeppener S., Rudolph L. K., Traeger A. (2024): Optimizing Biocompatibility and Gene Delivery with DMAEA and DMAEAm: A Niacin-Derived Copolymer Approach. Biomacromolecules, DOI: 10.1021/acs.biomac.4c00007. [3] Simon L., Reichel L. S., Benkhaled B. T., Devoisselle J.-M., Catrouillet S., Eberhardt J., Hoeppener S., Schubert U. S., Brendel J. C., Morille M., Lapinte V., Traeger A. (2024): Polyoxazolines with Cholesterol Lipid Anchor for Fast Intracellular Delivery. Macromol. Biosci., DOI: 10.1002/mabi.202400148. Abb. 1. Anwendung des maschinellen Lernens zur Identifizierung geeigneter Polymerkombinationen, die durch kationische und anionische Aminosäuren inspiriert sind. Bild: AG Träger Forschungsprofil
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