Entwicklung von Freisetzungssystemen für Biomoleküle für regenerative Anwendungen

Die regenerative Medizin ist ein multidisziplinäres Forschungsfeld mit dem Ziel, beschädigtes Gewebe und dessen biologische Funktion wiederherzustellen oder vollständig zu ersetzen. Durch eine Kombination von Biomaterialien, Biomolekülen und Zellen werden biologisch inspirierte Umgebungen geschaffen sowie Zellfunktionen gezielt gesteuert. Der Einsatz von nanoporösen Silica-Nanopartikeln (NPSNPs) als Freisetzungssystem zur Verbesserung der derzeitigen Ansätze hat im Laufe der Jahre zunehmend Aufmerksamkeit erlangt. Mit ihnen als Plattform können maßgeschneiderte Freisetzungssysteme, die eine kontrollierte und ortsspezifische Freisetzung von Biomolekülen ermöglichen, für verschiedenste Anwendungen entwickelt werden. Den Schwerpunkt des ersten Teils dieser Arbeit stellt die Synthese zweier verschiedener Sorten NPSNPs sowie deren Oberflächenmodifizierung mit unterschiedlichen funktionellen Gruppen mittels der post-grafting-Methode dar. Die Variation der Oberflächeneigenschaften ermöglichte unterschiedliche Wechselwirkungen mit Biomolekülen, sodass die Immobilisierungsmenge und das Freisetzungsverhalten eingestellt werden konnten. Darauf aufbauend widmet sich der zweite Teil der Entwicklung eines intrazellulären Drug Delivery-Systems für short interfering-Ribonukleinsäuren (siRNAs) mittels der synthetisierten und modifizierten Silica-Nanopartikel. Mithilfe von siRNAs lassen sich einzelne Genexpressionen herunterregulieren, wodurch Zelleigenschaften gezielt beeinflusst werden können. Um eine effektive Aufnahme in Zellen zu gewährleisten, wurden die siRNA-beladenen Nanopartikel mit einer Lipidhülle versehen. Neben der Zytotoxizität der entwickelten Nanoträger wurde die Fähigkeit, die siRNAs innerhalb von Zellen wieder freizusetzen, über die Herunterregulierung eines Testproteins untersucht. Die in vitro-Experimente lieferten vielversprechende Ergebnisse und es konnte eine Herunterregulierung (Knockdown) bis zu 45 % verzeichnet werden. Darüber hinaus zeigte sich, dass die Z