Nicht-virale Genvektoren

In den letzten Jahren ist die Gentherapie ein wichtiger Forschungsschwerpunkt in Biologie, Chemie und Medizin geworden. Sie beinhaltet die Behebung von erblich bedingten Krankheiten wie z.B. Mucoviscidose, Sichelzellenanämie oder Progerie. Dabei werden im Zellkern defekte Gene durch normale, gesunde DNA-Sequenzen ersetzt. Zur Einschleusung des Genmaterials in die Zellen (Transfektion) werden geeignete Transport-Systeme bzw. Methoden benötigt, die dort die Freisetzung der neu einzubauenden Gene (Genexpression) gestatten.

Viren sind derzeit die wirkungsvollsten Systeme, da sich durch diese sowohl hohe Transfektions- als auch Genexpressionsraten erzielen lassen. Nachteilig ist hingegen, dass Viren i.a. eine erhebliche Zytotoxizität¹ besitzen und ihre Isolierung und Aufarbeitung aus einer biologischen Matrix kostenintensiv ist. Aus diesen Gründen werden nicht-virale Transport-Systeme wie synthetische Polymere, Proteine und Liposome immer wichtiger.
Speziell synthetische Polymere bieten im Vergleich zu Biopolymeren eine weitaus größere Variabilität und bessere Handhabbarkeit, so dass maßgeschneiderte Problemlösungen mit einem rentablen Preis-Wirkungs-Verhältnis resultieren.

Ziel des Vorhabens ist die Synthese, molekulare Charakterisierung sowie erste klinische Applikationsuntersuchungen von nicht-viralen Genvektoren auf Basis kationischer Polymere wie Polyethylenimin (PEI) und Polyvinylamin (PVAm). Derartige Polykationen bilden mit DNA-Molekülen in wässrigen Medien lösliche Komplexe, die das Einschleusen des Genmaterials in die Zelle ermöglichen (siehe Abbildung). Durch chemische Modifizierung dieser Ausgangsmaterialien soll im weiteren eine verbesserte Transfektion, Genexpression als auch die Minimierung der Zytotoxizität erreicht werden. Beispielsweise lassen sich bei Einsatz entsprechender PEI- bzw. PVAm-Copolymere oder aus der Funktionalisierung der Basispolymere mit Rezeptorliganden (vgl. rezeptor-vermittelte Endozytose² ) die Transfektionsraten entscheidend erhöhen.

Während die Arbeiten zur Synthese und Charakterisierung (z.B. NMR, UV/VIS, GPC Viskosimetrie, Dynamische und Statische Lichtstreuung, Analytische Ultrazentrifuge...) am IAP und MPI erfolgen, werden die nachfolgenden in-vivo bzw. in-vitro-Experimente (Luciferase- und Bradford-Assay, Untersuchungen zur Endozytose mittels konfokaler Fluorenzensmikroskopie) an der Technischen Universität München in der Gruppe von Dr. Carsten Rudolph und am Robert-Koch-Institut Berlin unter der Leitung von Dr. habil. Oliver Kaiser durchgeführt. Weitere Kooperationen bestehen derzeit zur Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung und Technischen Fachhochschule Berlin.

Literaturangaben:
¹ Marshall E.,Science 286 (1999): 2244-2245, Gene Therapy Death Prompts Review of Adenovirus, Vector
² Lodish H., Baltimore D., Berk A., Zipursky S. L., Matsudaira P., Darnell J., Molekulare Zellbiologie, 2. Auflage, 1996, deGruyter Berlin New York, 751 ff.