Fusionsliposomen zum Einbringen von Biopolymeren in lebenden Zellen

Lebende Zellen nach der Behandlung mit Fusionsliposomen

Aufgrund ihrer hohen Bioverfügbarkeit werden Phospholipidvesikel häufig zur Fluoreszenz-Zellmarkierung, für Transfektion oder als Wirkstoffträgersystem genutzt. Ihre zelluläre Aufnahme ist intensiv untersucht worden und zeigt eine starke Präferenz endozytischer Aufnahme gegenüber Fusion oder Lipid-induzierter Poration der Plasmamembran. Unglücklicherweise gehen endozytische Aufnahmewege mit einer sehr limitierten Effizienz einher, häufig unter 1%. Die Verbesserung der Effizienzen ist somit von größtem Interesse in der Biotechnologie.
In unserem Institut wurde hierzu ein einfaches und nahezu universell einsetzbares Fusionssystem entwickelt. Es besteht aus neutralen und positiv geladenen Lipidmolekülen gemischt mit einer zusätzlichen, aromatische Molekülteile enthaltenden Lipidkomponente. Vesikel aus einem solchen Lipidgemisch fusionieren hocheffektiv mit lebenden Zellen fast ohne toxische Nebeneffekte. Den Fusionsmechanismus betreffend wurde folgende Hypothese aufgestellt: Die positiv geladenen Lipide und das delokalisierte Elektronensystem der aromatischen Gruppe interagieren synergetisch und induzieren lokale Dipolmomente und Membraninstabilitäten. Diese führen wiederum zum Aufbau eines Fusionsintermediär-Komplexes und dadurch zur Membranfusion.
Diese neue Art von fusionsinduzierenden Vesikeln öffnet ein weites Feld biotechnologischer Anwendungen. Fluoreszenz-Markierung von Membranen ist dabei nur eine von vielen möglichen Membranmodifikationen. Unter Hinzufügung von anderen funktionalisierten Molekülen wie z.B. chelatmodifizierten Lipiden, biotinylierten oder antigenen Lipiden, auch bei einer wahlweise niedrigen Konzentration, können Funktionalisierungen der Oberfläche lebender Zellen erreicht werden. Diese Membranmodifikation kann durch den zusätzlichen Schritt einer Proteinkopplung an die Oberfläche erweitert werden. Außerdem können sowohl wasserlösliche Proteine, Nukleotide als auch pharmazeutische Wirkstoffe wie Antrazykline in Fusionsvesikel eingefügt werden, und somit in lebende Zellen eingebracht worden.

Ansprechpartner: Dr. Agnes Csiszár (a.csiszar@fz-juelich.de)/ Dr. Bernd Hoffmann (b.hoffmann@fz-juelich.de)

Literatur
Fusogenic Liposomes as Nanocarriers for the Delivery of Intracellular Proteins
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A bioanalytical assay to distinguish cellular uptake routes for liposomes
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Biotin-conjugated fusogenic liposomes for high-quality cell purification
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Plasma membrane functionalization using highly fusogenic immune activator liposomes
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Fluorescent lipids: functional parts of fusogenic liposomes and tools for cell membrane labeling and visualization
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Novel Fusogenic Liposomes for Fluorescent Cell Labeling and Membrane Modification.
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Letzte Änderung: 31.05.2022