DE102005033855B4 - Nanoparticles and methods for transporting a nanoparticle - Google Patents
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Abstract
Nanopartikel (31, 31a), dessen Oberfläche mit mindestens einem Signalmolekül (33, 33a) assoziiert ist, wobei das Signalmolekül (33, 33a) mit einem Transportmolekül (13, 13a, 13b) wechselwirkt, so dass das Nanopartikel (31, 31a) gerichtet durch das Transportmolekül transportiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Transportmolekül (13, 13a, 13b) ex vivo oder in vitro vorliegt.nanoparticles (31, 31a), whose surface with at least one signaling molecule (33, 33a), wherein the signal molecule (33, 33a) with a transport molecule (13, 13a, 13b), so that the nanoparticle (31, 31a) is directed through the transport molecule is transported, characterized in that the transport molecule (13, 13a, 13b) is present ex vivo or in vitro.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Nanopartikel, dessen Oberfläche mit mindestens einem Signalmolekül assoziiert ist, wobei das Signalmolekül mit einem Transportmolekül wechselwirkt, so dass das Nanopartikel gerichtet durch das Transportmolekül transportiert wird. Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Filtern von Nanopartikeln durch eine Membran, ein Filtersystem aus beschichtetem Nanopartikel und Transportmolekül sowie die Verwendung des beschichteten Nanopartikels.The The present invention relates to a nanoparticle whose surface is coated with at least one signaling molecule is associated with the signal molecule interacting with a transport molecule, so that the nanoparticle is transported by the transport molecule becomes. In addition, the invention relates to a method for filtering Nanoparticles through a membrane, a filter system of coated nanoparticles and transport molecule and the use of the coated nanoparticle.
Um Substanzen oder Partikel durch biologische Membranen zu transportieren, wird herkömmlich die Elektroporation verwendet. Hierbei werden die Zellmembranen von Empfängerzellen, die sich in einer Suspension befinden, durch kurze (10 μs) elektrische Pulse hoher Feldstärke (ca. 12,5 kV/cm) für hochmolekulare Moleküle, wie beispielsweise DNA, durchlässig gemacht. Dieses Verfahren eignet sich für eine Vielzahl von Zellarten und Spezies. Zur Einführung von Molekülen in eine Zelle kann auch die Calciumphosphat-Technik verwendet werden, die für die Aufnahme von DNA entwickelt wurde. Die aufzunehmende DNA wird in Form von feinkörnigen Calciumphosphat-Präzipitaten auf die Zellen aufgebracht und von diesen durch Endozytose aufgenommen. Das Präzipitat wird durch Mischen einer DNA/Calciumchlorid-Lösung mit einer Lösung, die Phosphationen enthält, hergestellt. Nachteilig an diesem Verfahren zum Transport von Molekülen über biologische Membranen ist die geringe Effizienz. Es werden durchschnittlich nur Transfektionsraten von ca. 1 bis 10% erreicht.Around Transport substances or particles through biological membranes, becomes conventional used the electroporation. Here are the cell membranes of recipient cells, which are in suspension by short (10 μs) electrical High field strength pulses (about 12.5 kV / cm) for high molecular weight molecules such as DNA, permeable made. This method is suitable for a variety of cell types and species. For the introduction of molecules in a cell also the calcium phosphate technique can be used the for the Intake of DNA was developed. The DNA to be recorded is in Form of fine-grained Calcium phosphate precipitates applied to the cells and taken up by them by endocytosis. The precipitate is prepared by mixing a DNA / calcium chloride solution with a solution containing Contains phosphate ions, produced. A disadvantage of this method for the transport of molecules via biological membranes is the low efficiency. On average, there are only transfection rates from about 1 to 10%.
In einer eukaryoten Zelle ist der Zellkern ein vom Zytoplasma durch eine Kernmembran abgegrenztes eigenes Kompartiment. Der Austausch von Molekülen und Substanzen zwischen Zellkern und Zytoplasma findet über Kernporenkomplexe (engl.: nuclear pure complexes = NPC) statt. Sogar hochmolekulare Substanzen wie Proteine, DNA und RNA werden uni- und/oder bidirektional über Kernporenkomplexe über die Zellmembran transportiert (Übersichtsartikel zur Funktionsweise der Kernporenkomplexe siehe beispielsweise Lynman und Gerace, J. Cell Biol. (2001), 154(1), 17–20; Nakielny und Dreyfuss, Cell (1999), 99(7), 677–690; und Blobel G., Cold Spring Harb. Symp. Quant. Biol. (1995)(60), 1–10).In In a eukaryotic cell, the nucleus is penetrated by the cytoplasm a nuclear membrane delimited own compartment. The exchange of molecules and substances between nucleus and cytoplasm finds via nuclear pore complexes (English: nuclear pure complexes = NPC) instead. Even high molecular weight Substances such as proteins, DNA and RNA are unidirectionally and / or bidirectionally via nuclear pore complexes over the Transported cell membrane (review article for the functioning of the nuclear pore complexes see, for example, Lynman and Gerace, J. Cell Biol. (2001), 154 (1), 17-20; Nakielny and Dreyfuss, Cell (1999), 99 (7), 677-690; and Blobel G., Cold Spring Harb. Symp. Quant. Biol. (1995) (60), 1-10).
In der US Patentanmeldung Nr. US 2004/0219655 A1 werden Nanopartikel beschrieben, die von einer Hülle aus viralen Hüllproteinen umgeben sind. Diese Hüllproteine bilden ein künstliches Kapsid, welches das darin eingeschlossene Nanopartikel vor äußeren Einflüssen schützt. Trifft das virale Kapsid auf eine biologische Membran, verschmilzt es mit ihr, so dass das vollständige Kapsid in die Zelle aufgenommen wird. Eine Selektivität der Aufnahme liegt gerade nicht im "Interesse" des Virus, das ein effizientes Eindringen in Zellen aufgrund seiner Abhängigkeit von der zellulären Replikationsmaschinerie sicherstellen muss.In US Patent Application No. US 2004/0219655 A1 are nanoparticles described by a shell from viral envelope proteins are surrounded. These envelope proteins form an artificial capsid, which protects the enclosed nanoparticles from external influences. Meets the viral capsid on a biological membrane, it merges with her, so that's complete Kapsid is taken into the cell. A selectivity of the recording is just not in the "interest" of the virus, that one efficient penetration into cells due to its dependency from the cellular Must ensure replication machinery.
In
der
Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, Nanopartikel vorzuschlagen, die effizient und selektiv durch Membranen transportiert werden können. Diese Aufgabe wird durch ein Nanopartikel gelöst, dessen Oberfläche mit mindestens einem Signalmolekül assoziiert ist, wobei das Signalmolekül mit einem Transportmolekül wechselwirkt, so dass das Nanopartikel gerichtet durch das Transportmolekül transportiert wird.Therefore The present invention is based on the object nanoparticles to propose that are efficiently and selectively transported through membranes can. This task is solved by a nanoparticle, whose surface with at least one signaling molecule is associated with the signal molecule interacting with a transport molecule, so that the nanoparticle is transported by the transport molecule becomes.
Daneben liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, durch das Nanopartikel effizient und selektiv durch Membranen transportiert werden können. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Filtern von Nanopartikeln durch eine Membran gelöst, das die Schritte umfasst:
- a) Beschichten eines Nanopartikels mit mindestens einem Signalmolekül;
- b) Anordnen mindestens eines Transportmoleküls an einer Membran zur Herstellung einer modifizierten Membran;
- c) Inkontaktbringen des beschichteten Nanopartikels mit der modifizierten Membran, wodurch das Signalmolekül mit dem Transportmolekül wechselwirkt und das beschichtete Nanopartikel durch die modifizierte Membran transportiert wird.
- a) coating a nanoparticle with at least one signal molecule;
- b) arranging at least one transport molecule on a membrane to produce a modified membrane;
- c) contacting the coated nanoparticle with the modified membrane, whereby the signal molecule interacts with the transport molecule and the coated nanoparticle is transported through the modified membrane.
Daneben betrifft die vorliegende Erfindung ein Filtersystem aus beschichtetem Nanopartikel und Transportmolekül zur Trennung von Nanopartikelgemischen sowie die Verwendung des beschichteten Nanopartikels zum Transport von Arzneistoffen.Besides The present invention relates to a filter system of coated Nanoparticles and transport molecule for the separation of nanoparticle mixtures and the use of the coated nanoparticles for the transport of drugs.
Die abhängigen Patentansprüche enthalten vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.The dependent claims contain advantageous embodiments of the invention.
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrieben.The The present invention will be described below with reference to FIGS attached Figures closer described.
Bei dem erfindungsgemäßen Nanopartikel ist die Oberfläche mit mindestens einem Signalmolekül assoziiert. Die Oberfläche des Nanopartikels wird häufig flächendeckend und dicht mit Signalmolekülen versehen sein. Insbesondere können die Signalmoleküle auf die Oberfläche geschichtet bzw. auf diese "aufgeklebt" werden. Die Verwendung verschiedener Signalmolekül auf einem Nanopartikel ist vorteilhaft. Das Signalmolekül wechselwirkt mit einem Transportmolekül, wodurch das Nanopartikel gerichtet durch das Transportmolekül transportiert wird.at the nanoparticle according to the invention the surface with at least one signaling molecule associated. The surface of the nanoparticle becomes common coverage and tightly provided with signal molecules be. In particular, you can the signaling molecules on the surface layered or "glued" to this. The usage different signaling molecule on a nanoparticle is advantageous. The signal molecule interacts with a transport molecule, whereby the nanoparticle is transported by the transport molecule becomes.
Hierdurch wird ein wirksames Filtersystem geschaffen, weil das Transportmolekül selektiv bezüglich der Art und der Größe der Nanopartikel ist. Weil Transportmoleküle spezifisch und selektiv für bestimmte bzw. ein bestimmtes Signalmolekül sind/ist, können über dieses System Nanopartikel aussortiert, angereichert bzw. konzentriert und nachgewiesen werden.hereby an effective filter system is created because the transport molecule is selective in terms of the type and size of the nanoparticles is. Because transport molecules specific and selective for particular or a particular signal molecule are / is, can about this System nanoparticles sorted out, enriched or concentrated and proven.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Nanopartikel natürlichen oder nicht natürlichen, d. h. künstlichen Ursprungs sein. Natürlichen Ursprungs sind Substanzen wie Proteine, künstlich hergestellte Proteine und Peptide, die natürliche Aminosäuren aufweisen, virale Kapside, bakterielle Bestandteile, Zellbestandteile, Lipidaggregate (Liposomen) etc. Geeignete Substanzen nicht natürlichen Ursprungs sind beispielsweise Metall- und Kunststoffpartikel. Das Nanopartikel kann im Inneren einen Hohlraum aufweisen und diesen durch seine äußere Hülle einschließen. In den Hohlraum können zu transportierende Substanzen, wie beispielsweise Arzneistoffe, eingelagert werden. Alternativ dazu kann das Nanopartikel selbst aus der zu transportierenden Substanz bestehen, die nach dem Transport ihre unmittelbare Wirkung entfaltet.In a preferred embodiment The nanoparticles can be natural or not natural, d. H. artificial Be of origin. natural Of origin are substances such as proteins, artificially produced proteins and peptides, the natural ones amino acids have viral capsids, bacterial components, cell components, Lipid aggregates (liposomes) etc. Suitable substances of non-natural origin are for example metal and plastic particles. The nanoparticle may have a cavity inside and enclose it by its outer shell. In the cavity can substances to be transported, such as drugs, be stored. Alternatively, the nanoparticle itself consist of the substance to be transported, after transport their immediate effect.
In einer alternativen Ausführungsform weist das Nanopartikel eine zusätzliche Hülle auf. Diese Hülle kann fest mit dem Nanopartikel verbunden sein oder dieses lösbar umhüllen oder umschließen. Diese zweite Hülle kann als biologische Lipid-Doppelschicht ausgebildet sein. In diese Hülle können Signalmoleküle eingebettet oder daran reversibel assoziiert bzw. angelagert sein. Eine reversible Hülle besitzt den Vorteil, dass identische Nanopartikel einfach mit verschiedenen Signalmolekülen beschichtet werden können, beispielsweise durch Eintauchen der Nanopartikel in verschiedene Lösungen, die Hüllbestandteile auf Lipidbasis und Signalmoleküle enthalten.In an alternative embodiment the nanoparticle has an additional Shell on. This shell can be firmly attached to the nanoparticle or wrap it around detachably or enclose. This second case can be used as a biological lipid bilayer be educated. In this shell can signaling molecules embedded or reversibly associated or attached. A reversible shell has the advantage that identical nanoparticles easily with different signaling molecules can be coated for example by immersing the nanoparticles in different Solutions, the sheath components lipid-based and signaling molecules contain.
Durch die zusätzliche Hülle werden Nanovesikel gebildet. Vesikel sind mikroskopisch kleine, rundliche bis ovale Bläschen, die natürlicherweise in Zellen vorkommen, die von einer einfachen Membran umgeben sind. Auch Nanopartikel mit einer artifiziellen Hülle außerhalb von natürlichen Zellen werden als Nanovesikel bezeichnet. Die Vesikel bilden in der Zelle eigene Zellkompartimente, in denen unterschiedliche zelluläre Prozesse ablaufen. Je nach der Art der in ihnen nachweisbaren Enzyme unterscheidet man verschiedene Typen von Vesikeln, wie Lysosomen, kleine Zellkörper (engl.: microbodies), Peroxysomen und Glyoxysomen. In exozytotischen Vesikeln können Stoffe gespeichert werden, die für die Freisetzung aus der Zelle durch Fusion der Vesikel mit der Zellmembran vorgesehen sind. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden Nanopartikel außerhalb von Zellen in artifiziellen Umgebungen durch Wechselwirkung von Signal- und Transportmoleküle durch Membranen transportiert.By the extra Sheath will be Nanovesikel formed. Vesicles are microscopic, roundish to oval bubbles, naturally occur in cells surrounded by a simple membrane. Also, nanoparticles with an artificial shell outside of natural Cells are called nanovesicles. The vesicles form in the cell's own cell compartments, in which different cellular processes expire. Depending on the nature of the enzymes detectable in them different various types of vesicles, such as lysosomes, small cell bodies (Engl. microbodies), peroxysomes and glyoxysomes. In exocytotic vesicles can Substances are stored for the release from the cell by fusion of the vesicles with the cell membrane are provided. In the context of the present invention, nanoparticles outside of cells in artificial environments through interaction of Signal and transport molecules through Transports membranes.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Nanopartikel einen Durchmesser von ungefähr 1 nm bis ungefähr 100 nm auf. Diese Größe ist groß genug, um innen einen Hohlraum zu schaffen, der Arzneistoffe, Emulgatoren sowie andere Substanzen einlagern kann, die transportiert und während des Transports vor äußeren Einflüssen geschützt werden sollen. Andererseits ist diese Größe klein genug für den effizienten Transport des Nanopartikels durch das Transportmolekül.In a preferred embodiment the nanoparticle has a diameter of about 1 nm until about 100 nm up. This size is big enough to create inside a cavity, the drugs, emulsifiers as well as other substances that can be transported and transported during transport to be protected from external influences. On the other hand, this size is small enough for that efficient transport of the nanoparticle through the transport molecule.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Signalmolekül ein Peptid, vorzugsweise das nukleäre Lokalisationssignal (NLS) und/oder das nukleäre Exportsignal (NES). Unter NLS kann konkret auch die nukleäre Lokalisationssequenz (engl.: nuclear localization sequence), also eine bestimmte DNA Sequenz, welche für ein eindeutig definiertes Peptid kodiert, verstanden werden. Ein Peptid ist eine organische, chemische Verbindung, die aus mehreren Aminosäuren besteht, die miteinander zu einer Kette verbunden sind. Die Aminosäuren sind in einem Peptid über Peptidbindungen miteinander verknüpft. Als Peptide werden relativ kurze Aminosäureketten bis ungefähr 50 (bis maximal 100) Aminosäuren bezeichnet. Peptide unterscheiden sich von Proteinen durch ihre Größe. Die Trennung zwischen Peptiden und Proteinen ist nicht ein deutig, wobei jedoch die Grenze bei ungefähr 100 Aminosäuren liegt. In der Natur werden Peptide vorwiegend durch die Proteinbiosynthese gebildet. Die Information über die Sequenz, d. h. die Abfolge der Aminosäuren, ist in der DNA kodiert. Bei der Kondensation von Aminosäuren reagiert die Carboxylgruppe der ersten Aminosäure formal unter Wasseraustritt mit der Aminogruppe der zweiten Aminosäure zur Säureamidgruppierung -CO-NH-. Diese Bindung wird als Peptidbindung bezeichnet. Die freie Aminogruppe an einem Ende des Peptids wird als N-Terminus bezeichnet, während die freie Carboxylgruppe am anderen Ende der C-Terminus ist.In a further preferred embodiment, the signal molecule is a peptide, preferably the nuclear localization signal (NLS) and / or the nuclear export signal (NES). Specifically, NLS can also be understood as meaning the nuclear localization sequence, ie a specific DNA sequence which codes for a clearly defined peptide. A peptide is an organic, chemical compound that consists of several ren amino acids, which are linked together to form a chain. The amino acids are linked together in a peptide via peptide bonds. As peptides relatively short amino acid chains are designated to about 50 (up to 100) amino acids. Peptides differ from proteins by their size. The separation between peptides and proteins is not clear, but the limit is about 100 amino acids. In nature, peptides are predominantly formed by protein biosynthesis. The information about the sequence, ie the sequence of amino acids, is encoded in the DNA. In the condensation of amino acids, the carboxyl group of the first amino acid formally reacts with water leaving with the amino group of the second amino acid to acid amide group -CO-NH-. This bond is called peptide bond. The free amino group at one end of the peptide is termed the N-terminus, while the free carboxyl group at the other end is the C-terminus.
Ein solches Signalmolekül in Form eines NLS Peptids kann über eine geeignete chemische Reaktion mit entweder dem C- oder dem N-Terminus verbunden werden. Eine Peptidbindung mit freien Amino- oder Carboxylgruppen auf der Oberfläche der Nanopartikel führt zu einer stabilen Bindung des Signalmoleküls. Als alternative Formen der Bindung bzw. der Assoziation zwischen dem Signalmolekül und dem Nanopartikel können eine Wasserstoffbrückenbindung sowie kovalente Bindungen zwischen einzelnen Atomen verwendet werden. Zum Einsatz kommen reversible und nicht reversible Bindungen. Ferner kann das nukleäre Exportsignal (NES) als Signalmolekül verwendet werden.One such signal molecule in the form of an NLS peptide can be over a suitable chemical reaction associated with either the C or the N-terminus become. A peptide bond with free amino or carboxyl groups on the surface the nanoparticle leads to a stable binding of the signaling molecule. As alternative forms the binding or the association between the signaling molecule and the Nanoparticles can a hydrogen bond and covalent bonds between individual atoms are used. Reversible and non-reversible bonds are used. Further can the nuclear Export signal (NES) can be used as a signal molecule.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Signalmoleküls mittels eines Spacers mit der Oberfläche des Nanopartikels assoziiert. Der Spacer dient als Abstandshalter und ermöglicht eine ausreichende Entfernung zwischen der Partikeloberfläche und dem Signalmolekül, damit das Signalmolekül in nativer Konformation einen Transport durch das Transportmolekül initiieren kann. Nach dem Transport durch das Transportmolekül kann der Spacer abgespalten werden. Der Spacer kann auch als Reinigungs- bzw. Affinitätsmarkierung, wie beispielsweise ein Histidin(HIS-) oder Hämaglutinin(HA-)tag ausgebildet sein.In a further embodiment is the signaling molecule by means of a spacer associated with the surface of the nanoparticle. The spacer serves as a spacer and allows a sufficient distance between the particle surface and the signaling molecule, thus the signaling molecule initiate transport through the transport molecule in native conformation can. After transport through the transport molecule, the Spacer be split off. The spacer can also be used as a cleaning or affinity tag, such as a histidine (HIS) or hemagglutinin (HA) tag.
Die Spaltung zwischen dem Nanopartikel und dem Signalmolekül erfolgt vorzugsweise durch eine Protease. In diesem Fall ist der Spacer als proteolytische Erkennungsstelle ausgebildet.The Cleavage between the nanoparticle and the signal molecule takes place preferably by a protease. In this case, the spacer is designed as a proteolytic recognition site.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Transportmolekül ein biochemisches Transportmolekül, vorzugsweise ein Kernporenkomplex. Der Kernporenkomplex (engl.: nuclear Pore complex (NPC)) ist ein Proteinkomplex, der aus mehreren Einzelproteinen besteht. Diese Proteine werden wiederum von bestimmten DNA Abschnitten durch Genen kodiert. Beispiele sind spezifische NPCs für bestimmte Erkrankungen, wie Leberkrebs, Brustkrebs etc. Diese NPCs wechselwirken spezifisch mit Signalmolekülen in Form von NLS, wie beispielsweise NLS für Leberkrebs, Brustkrebs etc. Der Kernporenkomplex kann ex vivo und in vitro vorliegen. Er kann molekularbiologisch modifiziert und an technische Umgebungen angepasst sein. Im Rahmen der Erfindung können bestimmte Proteine spezifisch angepasst werden, um den restlichen Komplex in einer artifiziellen Membran fest zu verankern.In a further preferred embodiment is the transport molecule a biochemical transport molecule, preferably a nuclear pore complex. The nuclear pore complex (Engl .: nuclear pore complex (NPC)) is a protein complex that consists of several Consists of single proteins. These proteins in turn are determined by certain DNA sections encoded by genes. Examples are specific NPCs for certain Diseases such as liver cancer, breast cancer etc. These NPCs interact specifically with signaling molecules in the form of NLS, such as NLS for liver cancer, breast cancer etc. The nuclear pore complex may be present ex vivo and in vitro. He can molecular biologically modified and adapted to technical environments be. Within the scope of the invention Certain proteins are specifically adapted to the rest Firmly anchor the complex in an artificial membrane.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das vorzugsweise biochemische Transportmolekül in einer Membran angeordnet. Die Membran kann eine natürliche Membran sein, zum Beispiel eine Kernmembran oder eine andere Lipid-Doppelschicht (engl.: lipid bilayer). Der Kernporenkomplex kann auch in eine künstliche Membran eingebettet sein, wobei artifizielle Trennschichten, technische Barrier Lagers und membranähnliche Schichten besonders bevorzugt sind. Diese künstlichen Membranen bestehen ebenso wie natürliche Membranen aus Lipid-Doppelschichten, deren Bausteine Phospholipide sind. Sie sind als amphiphile Moleküle aus Phosphat, Glycerin und zwei Fettsäuren aufgebaut. Das Glycerin ist mit den Fettsäuren und dem Phosphat verestert. Die Lipide der Membran bewegen sich einfach und leicht in der Ebene, so dass ein seitli cher Platztausch stattfinden kann. Dieses gegenseitige Verschieben der Lipide wird auch als "Flip-Flop"-Mechanismus bezeichnet. Demgegenüber ist ein Austausch zwischen den beiden Schichten sehr selten. Die Fluidität der Membran hängt von der Art der Fettsäurereste der Lipide und von der Zahl der integralen, d. h. eingelagerten Moleküle ab. Je mehr ungesättigte Doppelbindungen in den Fettsäureresten enthalten sind, desto flüssiger ist die Membran. Wenn sehr wenige ungesättigte Doppelbindungen enthalten sind, ist die Membran sehr zähflüssig. Durch chemische Synthese können künstliche Membranen mit Lipid-Doppelschicht hergestellt werden.In a further preferred embodiment the preferably biochemical transport molecule is arranged in a membrane. The membrane can be a natural one Membrane, for example, a nuclear membrane or other lipid bilayer (English: lipid bilayer). The nuclear pore complex can also be transformed into an artificial one Embedded membrane, using artificial separation layers, technical barrier Bearing and membrane-like Layers are particularly preferred. These artificial membranes exist as well as natural Membranes of lipid bilayers whose building blocks phospholipids are. They are called amphiphilic molecules of phosphate, glycerin and two fatty acids built up. The glycerine is esterified with the fatty acids and the phosphate. The lipids of the membrane move easily and easily in the plane, so that a seitli cher place exchange can take place. This mutual shifting The lipid is also referred to as a "flip-flop" mechanism. In contrast, An exchange between the two layers is very rare. The fluidity the membrane hangs on the type of fatty acid residues the lipids and the number of integral, d. H. intercalated molecules from. The more unsaturated Contain double bonds in the fatty acid residues are, the more fluid is the membrane. When very few contain unsaturated double bonds are, the membrane is very viscous. By chemical synthesis can artificial Membranes are made with lipid bilayer.
In diese künstlichen Membranen werden Transportmoleküle, wie beispielsweise Kernporenkomplexe für den Durchtritt von Nanopartikeln, die spezifisch über Signalmoleküle markiert sind, eingelagert. Im Medium können weitere Hilfsstoffe enthalten sein, wie beispielsweise Adenosintriphosphat (ATP) oder Guanosintriphosphat (GTP) als Energieträger für den energieabhängigen Transport.In these artificial ones Membranes become transport molecules, such as nuclear pore complexes for the passage of nanoparticles, specifically about signaling molecules are marked, stored. The medium may contain other auxiliaries such as adenosine triphosphate (ATP) or guanosine triphosphate (GTP) as an energy source for the energy-dependent Transport.
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Filtern von Nanopartikeln durch eine Membran, das die Schritte umfasst:
- a) Beschichten eines Nanopartikels mit mindestens einem Signalmolekül;
- b) Anordnen mindestens eines Transportmoleküls an eine Membran zur Herstellung einer modifizierten Membran;
- c) Inkontaktbringen des beschichteten Nanopartikels mit der modifizierten Membran, wodurch das Signalmolekül mit dem Transportmolekül wechselwirkt und das beschichtete Nanopartikel durch die modifizierte Membran transportiert wird.
- a) coating a nanoparticle with at least one signal molecule;
- b) arranging at least one transport molecule on a membrane to produce a modified membrane;
- c) contacting the coated nanoparticle with the modified membrane, whereby the signal molecule interacts with the transport molecule and the coated nanoparticle is transported through the modified membrane.
Das Beschichten des Nanopartikels mit Signalmolekülen, beispielsweise NLS oder NES, erfolgt vorzugsweise in vitro durch Eintauchen bzw. Mischen der Nanopartikel mit einer Lösung, welche Signalmoleküle enthält. Das Transportmolekül, das vorzugsweise ein Kernporenkomplex ist, wird durch Mischen von artifiziellen Membranbestandteilen, wie Lipiden, mit dem Transportmolekül hergestellt. Hierdurch gelangen die Transportmoleküle mit den Nanopartikeln, die Signalmoleküle aufweisen, in Kontakt, so dass die mit Signalmolekülen markierten Nanopartikel über die Kernporenkomplexe durch die artifizielle Membran passagieren bzw. hindurchtreten können.The Coating of the nanoparticle with signal molecules, for example NLS or NES, is preferably carried out in vitro by dipping or mixing the Nanoparticles with a solution, which signal molecules contains. The transport molecule, which is preferably a nuclear pore complex, is prepared by mixing artificial membrane constituents, such as lipids, produced with the transport molecule. As a result, the transport molecules with the nanoparticles, the signaling molecules in contact, so that those labeled with signal molecules Nanoparticles over The nuclear pore complexes pass through the artificial membrane or can pass through.
Das erfindungsgemäße Filtersystem aus beschichtetem Nanopartikel und Transportmolekül, das vorzugsweise mindestens ein biochemisches Transportmolekül in Form von Kernporenkomplexen sind, kann zur Trennung von Nanopartikelgemischen verwendet werden. Dieses Filtersystem weist vorzugsweise eine künstlich hergestellte biologische Membran mit einer Vielzahl von Kernporenkomplexen auf. Nur die Nanopartikel, die zu den Kernporenkomplexen passende Signalmoleküle, beispielsweise in Form von NLS oder NES aufweisen, können durch die Membran hindurchtreten. Die Membrangröße kann bis einige 100 μm im Durchmesser betragen. Besonders bevorzugt ist eine Parallelschaltung in einem Grundgerüst oder in einer Wabenstruktur, welche die notwendige Stabilität beim Filtern verleiht, wobei die Kernporenkomplexe die notwendige Selektivität verleihen.The Inventive filter system of coated nanoparticles and transport molecule, preferably at least one biochemical transport molecule in the form of nuclear pore complexes can be used to separate nanoparticle mixtures. This filter system preferably comprises an artificially produced biological Membrane with a variety of nuclear pore complexes on. Only the nanoparticles, the matching to the nuclear pore complexes signal molecules, for example in the form of NLS or NES can pass through the membrane. The membrane size can to some 100 μm in diameter. Particularly preferred is a parallel connection in a framework or in a honeycomb structure, which provides the necessary stability in filtering whereby the nuclear pore complexes confer the necessary selectivity.
In einer besonderen Ausführungsform ist eine Nano-Reaktionskammer umfasst, die als selektives Instrument ausgebildet ist, um Nanopartikel einer bestimmten Klasse spezifisch mit Partikeln einer anderen Klasse, die an die Kernporenkomplexe angeheftet sind, reagieren zu lassen.In a particular embodiment is a nano-reaction chamber that acts as a selective instrument is designed to be specific to nanoparticles of a particular class with particles of another class attached to the nuclear pore complexes pinned to react.
Besonders bevorzugt können die mit Signalmolekülen assoziierten Nanopartikel zum Transport beliebiger Arzneistoffe verwendet werden.Especially preferred those with signaling molecules associated nanoparticles for transporting any drug be used.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.in the The following are preferred embodiments with reference to the attached Figures described.
In
In
In
Das
freigesetzte Signalmolekül
Das
Nanopartikel
Auf diese Weise lässt sich ein effizientes Filtersystem gestalten, bei dem einerseits verschiedene Nanopartikel über die Größe, andererseits über die selektive Wechselwirkung von spezifischem Signalmolekül mit spezifischem Transportmolekül voneinander getrennt werden können.On that way create an efficient filter system, on the one hand different nanoparticles over the size, on the other hand, over the selective Interaction of specific signaling molecule with specific transport molecule from each other can be separated.
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