WWW.ABSTRACT.XLIBX.INFO
FREE ELECTRONIC LIBRARY - Abstract, dissertation, book
 
<< HOME
CONTACTS



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 14 |

«Dissertation zur Erlangung des naturwissenschaftlichen Doktorgrades der Julius-Maximilians-Universität Würzburg vorgelegt von Vera Werner aus ...»

-- [ Page 1 ] --

Pharmaceutically relevant protein-protein

interactions for controlled drug delivery

Dissertation zur Erlangung des naturwissenschaftlichen Doktorgrades der

Julius-Maximilians-Universität Würzburg

vorgelegt von

Vera Werner

aus Werneck

Würzburg 2015

Eingereicht bei der Fakultät für Chemie und Pharmazie am

Gutachter der schriftlichen Arbeit

1. Gutachter:

2. Gutachter:

Prüfer des öffentlichen Promotionskolloquiums

1. Prüfer:

2. Prüfer:

3. Prüfer:

Datum des öffentlichen Promotionskolloquiums Doktorurkunde ausgehändigt am Die vorliegende Arbeit wurde in der Zeit von März 2011 bis März 2015 am Institut für Pharmazie und Lebensmittelchemie der Bayerischen Julius-Maximilians-Universität Würzburg unter der Anleitung von Herr Prof. Dr. Dr. Lorenz Meinel angefertigt.

TABLE OF CONTENTS

TABLE OF CONTENTS

SUMMARY

ZUSAMMENFASSUNG

CHAPTER I

From silk spinning in insects and spiders to advanced silk fibroin drug delivery systems CHAPTER II

The effects of Hofmeister salts on silk fibroin and its interaction pattern CHAPTER III

Immobilizing of interleukin-4 for permanent M2-activation of macrophages GENERAL CONCLUSIONS AND OUTLOOK

ABBREVIATIONS

Data from this dissertation thesis was published or presented before as follows................111 CURRICULUM VITAE

ACKNOWLEDGMENTS

–  –  –

Protein-protein interactions play a crucial role in the development of drug delivery devices for the increasingly important biologicals, including antibodies, growth factors and cytokines. The understanding thereof might offer opportunities for tailoring carriers or drug proteins specifically for this purpose and thereby allow controlled delivery to a chosen target. The possible applications range from trigger-dependent release to sustained drug delivery and possibly permanently present stimuli, depending on the anticipated mechanism.

Silk fibroin (SF) is a biomaterial that is suitable as a carrier for protein drug delivery devices. It combines processability under mild conditions, good biocompatibility and stabilizing effects on incorporated proteins.

As SF is naturally produced by spiders and silkworms, the understanding of this process and its major factors might offer a blueprint for formulation scientists, interested in working with this biopolymer. The natural process of silk spinning covers a fascinating versatility of aggregate states, ranging from colloidal solutions through hydrogels to solid systems. The transition among these states is controlled by a carefully orchestrated process in vivo. Major players within the natural process include the control of spatial pH throughout passage of the silk dope, the composition and type of ions, and fluid flow mechanics within the duct, respectively. The function of these input parameters on the spinning process is reviewed before detailing their impact on the design and manufacture of silk based drug delivery systems (DDS). Examples are reported including the control of hydrogel formation during storage or significant parameters controlling precipitation in the presence of appropriate salts, respectively. The review details the use of silk fibroin to develop liquid, semiliquid or solid DDS with a focus on the control of SF crystallization, particle formation, and drug-SF interaction for tailored drug load.

Although we were able to show many examples for SF drug delivery applications and there are many publications about the loading of biologics to SF systems, the mechanism of interaction between both in solution was not yet extensively explored. This is why we made this the subject of our work, as it might allow for direct influence on pharmaceutical parameters, like aggregation and drug load.

In order to understand the underlying mechanism for the interaction between SF and positively charged model proteins, we used isothermal titration calorimetry for thermodynamic characterization. This was supported by hydrophobicity analysis and by colloidal characterization

SUMMARY

methods including static light scattering, nanoparticle tracking analysis and zeta potential measurements. We studied the effects of three Hofmeister salts – NaCl (neutral), NaSCN (chaotropic) and Na2SO4 (cosmotropic) – and the pH on the interaction of SF with the model proteins in dependence of the ratio from one to another. The salts impacted the SF structure by stabilizing (cosmotropic) or destabilizing (chaotropic) the SF micelles, resulting in completely abolished (cosmotropic) or strongly enhanced (chaotropic) interaction. These effects were responsible for different levels of loading and coacervation when varying type of salt and its concentration. Additionally, NaCl and NaSCN were able to prolong the stability of aqueous SF solution during storage at 25°C in a preliminary study.

Another approach to influence protein-protein interactions was followed by covalent modification. Interleukin-4 (IL-4) is a cytokine driving macrophages to M2 macrophages, which are known to provide anti-inflammatory effects. The possibility to regulate the polarization of macrophages to this state might be attractive for a variety of diseases, like atherosclerosis, in which macrophages are involved. As these cases demand a long-term treatment, this polarization was supposed to be maintained over time and we were planning to achieve this by keeping IL-4 permanently present in an immobilized way. In order to immobilize it, we genetically introduced an alkyne-carrying, artificial amino acid in the IL-4 sequence. This allowed access to a site-specific click reaction (Cu(I)-catalyzed Huisgen azide-alkyne cycloaddition) with an azide partner. This study was able to set the basis for the project by successful expression and purification of the IL-4 analogue and by proving the availability for the click reaction and maintained bioactivity. The other side of this project was the isolation of human monocytes and the polarization and characterization of human macrophages. The challenge here was that the majority of related research was based on murine macrophages which was not applicable to human cells and the successful work was so far limited to establishing the necessary methods.





In conclusion, we were able to show two different methods that allow the influence of protein-protein interactions and thereby the possible tailoring of drug loading. Although the results were very promising for both systems, their applicability in the development of drug delivery devices needs to be shown by further studies.

–  –  –

Die Wechselwirkungen zwischen Proteinen spielen eine entscheidende Rolle in der Entwicklung von Freigabesystemen für die immer wichtiger werdenden Protein-Therapeutika, wie Antikörper, Wachstumsfaktoren und Zytokine. Das Verständnis dieser Mechanismen würde die Möglichkeit eröffnen, sowohl die Träger, als auch die zu verabreichenden Proteine so zu verändern und zu steuern, dass sie auf kontrollierte Weise an einem bestimmten Ort freigesetzt werden. Die Anwendungen hierfür reichen von Trigger gesteuerter Freisetzung, über verzögerte Freigabe bis zur permanenten Präsentation von Stimuli, abhängig davon was für die jeweilige Applikation gewünscht ist.

Seidenfibroin (SF) ist ein Biomaterial, welches verschiedene positive Eigenschaften für die Anwendung als Trägermaterial in sich vereint, indem es unter sehr milden Bedingungen verarbeitet werden kann, gut biokompatibel ist und stabilisierend auf eingebettete Proteine wirken kann.

Da SF in der Natur von Spinnen und Seidenraupen produziert wird, könnte das Verständnis dieses Prozesses, sowie seiner wichtigsten Faktoren eine Vorlage für die Formulierung dieses Biopolymers geben. Der natürliche Prozess des Seidenspinnens vereint eine faszinierende Vielfalt von Aggregatszuständen, die von kolloidalen Lösungen über Hydrogele bis hin zu festen System reichen. Die Übergänge zwischen diesen Zuständen sind in vivo sehr sorgfältig kontrolliert. Die Hauptfaktoren dieses Prozesses sind der pH-Wert während der Passage der Spinnlösung durch die Drüse, sowie die Art und Zusammensetzung der Ionen und die herrschenden Scherkräfte. Die Funktion dieser einzelnen Faktoren auf den Spinnprozess wurde recherchiert und wird beschrieben, bevor ihr Einfluss auf die Entwicklung und Herstellung von seidenbasierten Freigabesystemen untersucht wird. Es werden Beispiele vorgestellt, die die Kontrolle der Hydrogelbildung während der Lagerung untersuchen oder signifikante Parameter für die kontrollierte Präzipitation in Gegenwart bestimmter Salze zeigen. Der Review betrachtet den Einsatz von Seidenfibroin in der Entwicklung von flüssigen, halbfesten oder festen Freigabesystemen und legt besonderen Fokus auf die Kontrolle der SF Kristallisation, Partikelbildung und Interaktion mit dem Arzneistoff für steuerbare Beladung.

Obwohl wir viele Beispiele für die Anwendung von SF in Freigabesystemen zeigen konnten und viele Publikationen die Beladung von Proteinen auf SF-Systeme behandeln, wurde der Mechanismus der Interaktion zwischen beiden bisher nicht detailliert untersucht. Es gibt wenige Studien die einige Aspekte abdecken, aber keines beschäftigte sich spezifisch mit dieser

ZUSAMMENFASSUNG

Fragestellung. Darum machen wir dies zum Gegenstand unserer Arbeit, da dies einen direkten Einfluss auf pharmazeutische Parameter, wie Aggregation und Beladung, erlauben würde.

Um den zugrundeliegenden Mechanismus der Wechselwirkung zwischen SF und einem positiv geladenen Modellprotein zu verstehen, nutzten wir isotherme Titrationskalorimetrie für eine thermodynamische Charakterisierung. Diese wurde durch kolloidale Charakterisierungsmethoden wie Statische Lichtstreuung, nanoparticle tracking analysis und Zeta-potentialmessungen, sowie Hydrophobitätsbestimmungen unterstützt. Wir untersuchten die Effekte von drei verschiedenen Hofmeister Salzen - NaCl (neutral), NaSCN (chaotrop) und Na2SO4 (kosmotrop) – und des pH Wertes auf die Interaktion von SF mit dem Modellprotein in Abhängigkeit vom Verhältnis der beiden zueinander. Die Salze beeinflussten die SF Struktur, indem sie die SF Mizellen entweder stabilisierten (kosmotrop) oder destabilisierten (chaotrop) und dadurch die Interaktion entweder vollständig unterbanden (kosmotrop) oder verstärkten (chaotrop). Diese Effekte waren verantwortlich für verschiedene Level des Loadings und der Koazervation, wenn Salzart und – konzentration variiert wurden. Außerdem waren NaCl und NaSCN in der Lage die Stabilität einer wässrigen SF-Lösung während der Lagerung bei 25°C zu verlängern.

Ein andere Ansatz um die Wechselwirkung zwischen Proteinen zu beinflussen wurde mit kovalenter Modifikation verfolgt. Interleukin-4 (IL-4) ist ein Zytokin und kann Makrophagen zu M2 Makrophagen polarisieren, welche dann anti-inflammatorische Wirkungen haben. Die Möglichkeit diese Polarisation zu regulieren wäre für verschiedene Krankheiten, wie Arteriosklerose, bei denen Makrophagen eine Rolle spielen interessant. Da in diesen Fällen eine Langzeitbehandlung von Nöten ist sollte die Polarisation über die Zeit erhalten bleiben. Wir planten dies durch die Immobilisation von IL-4 zu erreichen, die für eine permanente Präsenz sorgen würde.

Um IL-4 zu immobilisieren haben wir eine künstliche Aminosäure in die Sequenz eingeführt, die eine Alkingruppe trägt. Diese ermöglicht den Zugang zu einer Kupfer vermittelten, spezifischen Click-Reaktion (Cu(I)-catalyzed Huisgen azide-alkyne cycloaddition) mit einem Azid-Partner.

Diese Studie war in der Lage die Basis für dieses Projekt zu erstellen, indem wir eine erfolgreiche Expression und Aufreinigung des IL-4 Analogons leisten konnten und dieses sowohl erhaltene Bioaktivität als auch Verfügbarkeit für die Clickreaktion zeigte.

Die andere Seite dieses Projekts bestand aus der Isolation von humanen Monozyten und der Polarisation und Charakterisierung von humanen Makrophagen. Die Herausforderung hierbei lag darin dass die meiste Forschung auf diesem Gebiet an murinen Makrophagen durchgeführt wurde und dies nicht auf humane Zellen übertragbar war, und die erfolgreiche Arbeit bisher, beschränkte sich auf die Etablierung der nötigen Methoden.

ZUSAMMENFASSUNG

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass wir in der Lage waren zwei verschiedene Methoden zur Beeinflussung der Protein-Protein Wechselwirkungen und damit der Beladung zu zeigen.

Obwohl die Ergebnisse für beide Systeme vielversprechend waren muss ihre Anwendbarkeit in der Entwicklung von Freigabesystemen noch durch weitere Studien belegt werden.

–  –  –

FROM SILK SPINNING IN INSECTS AND SPIDERS TO

ADVANCED SILK FIBROIN DRUG DELIVERY SYSTEMS

Full text literally transferred from:

V. Werner, L. Meinel, From silk spinning in insects and spiders to advanced silk fibroin drug delivery systems, European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics, (2015), 10.1016/j.ejpb.2015.03.016.

With permission of Elsevier (License number: 3596990165187, License date: Mar 27, 2015) This review was written by me, with supporting and improving work provided by Prof. Dr. Dr.

Lorenz Meinel.

CHAPTER I

Abstract The natural process of silk spinning covers a fascinating versatility of aggregate states, ranging from colloidal solutions through hydrogels to solid systems. The transition among these states is controlled by a carefully orchestrated process in vivo. Major players within the natural process include the control of spatial pH throughout passage of the silk dope, the composition and type of ions, and fluid flow mechanics within the duct, respectively. The function of these input parameters on the spinning process is reviewed before detailing their impact on the design and manufacture of silk based drug delivery systems (DDS). Examples are reported including the control of hydrogel formation during storage or significant parameters controlling precipitation in the presence of appropriate salts, respectively. The review details the use of silk fibroin (SF) to develop liquid, semiliquid or solid DDS with a focus on the control of SF crystallization, particle formation, and drug - SF interaction for tailored drug load.

CHAPTER I



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 14 |


Similar works:

«GLOBAL DEVELOPMENT AND ENVIRONMENT INSTITUTE WORKING PAPER NO. 14-03 Die Transatlantische Handelsund Investitionspartnerschaft: Zerfall, Arbeitslosigkeit und Instabilität in Europa Jeronim Capaldo/Oktober 2014, Tufts University Medford MA 02155, USA http://ase.tufts.edu/gdae Diese Übersetzung wurde vom Sprachendienst des Deutschen Bundestages im Auftrag des MdB Klaus Ernst (Bundestagsfraktion Die LINKE.) erstellt. Die mathematischen Anhänge A/B sind nicht enthalten. Es wird hierzu auf die...»

«Tätigkeitsbericht 2010 der Bundesärztekammer Tätigkeitsbericht 2010 der Bundesärztekammer Tätigkeitsbericht 2010 der Bundesärztekammer dem 114. Deutschen Ärztetag in Kiel vorgelegt von Vorstand und Geschäftsführung Bundesärztekammer Deutscher Ärztetag Mit den in diesem Werk verwandten Personenund Berufsbezeichnungen sind – auch wenn sie nur in einer Form auftreten – gleichwertig beide Geschlechter gemeint. Die bis 2006 im Tätigkeitsbericht der Bundesärztekammer...»

«Events this year at The Royal Oak Nonington Village Pub & Kitchen March 2015 February 2016 Welcome To our first yearly events book! Since the Royal Oak was returned to its former glory back in 2013 we’ve held countless events in and around the Royal Oak but have also supported local events in Nonington too. We’re always happy to run events, parties and celebrations but what makes us really happy is seeing all the people show up to enjoy them with us. We try to host events all year round,...»

«UHCL Employee Discount Program AAA Texas Contact: Pete Omlin 3307 Sage Rd Houston, Texas 77056 832.570.7285 omlin.pete@aaa-texas.com http://www.texas.aaa.com AAA Flyer Discount Details $22 off new Classic membership and $35 off new Plus and Premier membership. To join with your discount, please contact Pete Omlin at 832.570.7285 or omlin.pete@aaa-texas.com. Discount is available to faculty, staff, retirees and students. Nichole Eslinger Assistant Director, Human Resources Phone: 281.283.2168...»

«Naturwissenschaft für Kinder und Erwachsene Eine Literaturliste von Dr. Johanna Pareigis (Februar 2008) Die Empfehlungen dieser Bücher gingen aus meiner langen Erfahrung im Umgang mit Kindern und Erwachsenen hervor. Hier sind meine persönliche Meinung und die meiner Testleser dargestellt. Ich freue mich über Anregungen, Kritik und Lob. Bitte schreiben Sie mir, wenn Sie Fehler in meiner Liste oder in den aufgeführten Büchern entdeckt haben (Johanna.Pareigis@gmx.de). Die Bücher sowohl...»

«Dr. Marcus Weck Curriculum Vitae MARCUS WECK Professor (212) 992-7968 (Voice) New York University (212) 995-4895 (Fax) Molecular Design Institute and Department of Chemistry e-mail: marcus.weck@nyu.edu New York, NY 10003-6688 http://www.nyu.edu/fas/dept/chemistry/weckgroup/index.php EDUCATIONAL BACKGROUND 1998 – 2000 Harvard University – Postdoctoral Fellow, Chemistry 1995 – 1998 California Institute of Technology – Ph.D., Chemistry 1988 – 1994 University of Mainz – M.Sc. (Diploma),...»

«Human Face Verification by Robust 3D Surface Alignment By Dirk Joel Luchini Colbry A Dissertation Submitted to Michigan State University in partial fulfillment of the requirements for the degree of PhD Department of Computer Science Abstract Human Face Verification by Robust 3D Surface Alignment By Dirk Joel Luchini Colbry Traditional 2D face recognition systems are not tolerant to changes in pose, lighting and expression. This dissertation explores the use of 3D data to improve face...»

«Grafton, Mark W. (2014) New one-pot multi-reaction processes for the synthesis of highly functionalised carbocycles and heterocycles. PhD thesis. http://theses.gla.ac.uk/5864/ Copyright and moral rights for this thesis are retained by the author A copy can be downloaded for personal non-commercial research or study, without prior permission or charge This thesis cannot be reproduced or quoted extensively from without first obtaining permission in writing from the Author The content must not be...»

«IN THE SUPREME COURT OF GUAM PACIFIC ROCK CORPORATION Plaintiff-Appellee vs. DEPARTMENT OF EDUCATION, a department of the Executive Branch of the Government of Guam, an unincorporated Territory of the United States of America Defendant-Appellant OPINION Supreme Court Case No.:CVA98-003 Superior Court Case No.:CV0668-94 Filed: November 7, 2001 Cite as: 2001 Guam 21 Petition for Rehearing Argued and submitted on Sept. 21, 2001 Hagåtña, Guam Appearing for Petitioner-Appellee: Appearing for...»

«INTRODUCTION A picture is worth a thousand words, and in the following standards we have used period portraits and prints to help attendees prepare for the 1765 Stamp Act Event, sponsored by the Newport Historical Society, Newport, Rhode Island. The 1760’s produced a wide variety of portraiture of prominent New Englanders and artists, like Paul Sandby and others, offer us a glimpse of the clothing of the lower and working classes. You can incorporate many of the details found in the featured...»

«NEW HANOVER COUNTY REQUEST FOR QUALIFICATIONS OGDEN FIRE STATION RFQ # 16-0320 DONNIE HALL, FIRE CHIEF COUNTY COMMISSIONERS BETH DAWSON, CHAIR JONATHAN BARFIELD JR, VICE-CHAIR WOODY WHITE SKIP WATKINS ROB ZAPPLE CHRIS COUDRIET, COUNTY MANAGER Section 1 Advertisement NEW HANOVER COUNTY REQUEST FOR QUALIFICATIONS OGDEN FIRE STATION RFQ # 16-0320 New Hanover County is soliciting qualifications from qualified professionals to provide architectural design services for the construction of a new...»

«Internationale humanitäre Hilfe Leitlinie der Österreichischen Entwicklungsund Ostzusammenarbeit www.aussenministerium.at/oeza Impressum: Bundesministerium für europäische und internationale Angelegenheiten Österreichische Entwicklungsund Ostzusammenarbeit Minoritenplatz 8, 1014 Wien, Österreich Tel.: +43 (0)501150-4454 Fax: +43 (0)501159-4454 abtvii@bmeia.gv.at www.aussenministerium.at/oeza Diese Leitlinie wurde erstellt von: Bundesministerium für europäische und internationale...»





 
<<  HOME   |    CONTACTS
2016 www.abstract.xlibx.info - Free e-library - Abstract, dissertation, book

Materials of this site are available for review, all rights belong to their respective owners.
If you do not agree with the fact that your material is placed on this site, please, email us, we will within 1-2 business days delete him.