University of Groningen DNA nanoparticles as ocular drug delivery

University of Groningen
DNA nanoparticles as ocular drug delivery platform
de Vries, Jan Willem
IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to
cite from it. Please check the document version below.
Document Version
Publisher's PDF, also known as Version of record
Publication date:
2015
Link to publication in University of Groningen/UMCG research database
Citation for published version (APA):
de Vries, J. W. (2015). DNA nanoparticles as ocular drug delivery platform [Groningen]: University of
Groningen
Copyright
Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the
author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons).
Take-down policy
If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately
and investigate your claim.
Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): http://www.rug.nl/research/portal. For technical reasons the
number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum.
Download date: 18-07-2017
Samenvatting
Onderzoek naar DNA nanotechnologie heeft de laatste jaren veel
vooruitgang geboekt met als resultaat dat een grote variëteit aan 1D, 2D en
3D DNA structuren met verschillende afmetingen en vormen beschikbaar
zijn. DNA gebaseerde nanoobjecten worden gemaakt door een eenvoudig
design en zelf-montage processen die de exacte positionering van
functionele groepen en de integratie van ander materialen mogelijk maken.
Tegelijkertijd hebben sommige van deze nanosystemen een lage toxiciteit.
Als gevolg daarvan is geprobeert deze materialen in een biomedische
context te gebruiken. In Hoofdstuk 1 is de vooruitgang hierin beschreven en
worden de mogelijkheden tot gebruik van zuivere nucleïne zuren en hybride
DNA materialen voor drug delivery bediscussieerd. Voor de laatst genoemde
materialen word een scheiding gemaakt tussen dragers met een anorganische
kern zoals goud of silica en amfifiele DNA blok copolymeren (DBCs) die
een zacht binnenste hebben.
In Hoofdstuk 2 is de synthese en opwerking van verschillende DBCs door
RPC HPLC gepresenteerd. Deze methode is de huidige standaard om
oligonucleotiden (ODNs) met hoge zuiverheid te verkrijgen, maar wordt
zelden benut voor complexe hybride materialen ondanks de vele voordelen.
Hier wordt beschreven hoe drie verschillende diblok copolymeren bestaande
uit een poly(propylene oxide)(PPO) blok en een 22 basen lange ODN
gemakkelijk kunnen worden opgewerkt met RPC HPLC in een enkele
zuiverings stap. Om een triblok copolymeer met hetzelfde PPO blok te
verkrijgen was echter een additionele purificatie nodig met AEX HPLC.
Karakterisatie van de producten met MALDI-TOF massa spectrometrie
toonde verschillende producten die goed overeenkomen met het DNA
geconjugeerde PPO polymeer. Ook kon onderscheidt worden gemaakt tussen
verschillend aantal monomeer eenheden in de PPO keten, wat representatief
is voor het typisch polydispers karakter van synthetische polymeren. Om de
invloed van het polymeer op de hybridisatie te onderzoeken is ook de
smelttemperatuur van verschillende dubbelstrengige DBC architecturen
- 139 -
Samenvatting bepaalt. Hier werden geen verschillen gemeten, wat aangeeft dat het
polymeer geen invloed heeft op de Watson-Crick base paring, ondanks zijn
grootte en hydrofobe karakter.
In het volgende hoofdstuk wordt het gebruik van soortgelijke amfifiele
materialen in een biomedische context verzocht. Behandeling van
oogheelkundige ziekten door oogdruppels wordt bemoeilijkt door de korte
verblijftijd van het medicijn op het oogoppervlak. Als gevolg daarvan is een
hoge concentratie van het geneesmiddel en zeer frequente toediening nodig
wat desalniettemin maar zelden in hoge beschikbaarheid resulteert. Daarom
werden in Hoofdstuk 3 verschillende nanoparticle systemen ontwikkelt die
als doel hebben om de halfwaardetijd van medicatie op het oogoppervlak te
verhogen. De nanoparticles (NPs) waren opgebouwd uit lipide
gemodificeerde DNA strengen en toonden goede binding aan het hoornvlies
in zowel in-vitro als in-vivo experimenten. Door verandering in de lengte
van de ODN en het aantal gemodificieerde nucleotiden is de binding aan het
oogoppervlak geoptimaliseerd. Het best hechtende NP toonde een sterk
verhoogde overlevingstijd op het oog tot 4 uur, wat behoorlijk langer is dan
medicijnen die nu gebruikt worden.
Na optimalisatie van de binding aan het oogoppervlak werd in Hoofdstuk 4
de vertaling van een goed hechtend lipide DNA NP naar een nieuw en
algemeen drug delivery stysteem gemaakt. Door gebruik van aptameren die
verlengd zijn met de complementaire sequentie zijn de dragers in een enkele
stap voorzien van twee verschillende antibiotica. In-vivo evaluatie van de
binding liet zien dat de beladen NPs na 2 uur nog steeds detecteerbaar zijn
op het hoornvlies terwijl het controlemonster al na 5 minuten weg gewassen
was. Dit belicht tevens een van de grootste tekortkomingen in behandeling
van oogziektes. De hoge halfwaardetijd van de antibiotica beladen NPs is
daarna vertaalt in een verbeterde werkzaamheid waar de functionele drager
een 10 keer langer antibacteriële werking liet zien in vergelijking tot het
zuivere antibioticum. Als laatste is ook de functionaliteit van de NPs voor
menselijk weefsel laten zien.
In Hoofdstuk 5 is de toxiciteit en stabiliteit van de eerder gebruikte NPs
geëvalueerd. Geen toxische effecten werden gevonden in in-vitro
experimenten aan drie cellijnen die gevonden worden in het oog. Ook
- 140 -
Samenvatting verdere evaluatie van eventuele apoptose inductie in-vivo liet geen negatieve
uitkomsten zien, zelfs niet wanneer de NPs meerder keren toegediend
werden bij concentraties van 100 µM. Na deze eerste beoordeling is de
stabiliteit van de NP componenten over langere periode bepaalt met behulp
van gel electroforese en RPC HPLC. Bij beide methoden bleken de
oorspronkelijke NPs stabiel voor een periode van minimaal 6 maand
wanneer ze op 4 °C of op kamer temperatuur bewaard werden. Verder
vertoonden ook de aptameer gefunctionaliseerde NPs weinig tot geen
degradatie gedurende deze periode. Deze resultaten impliceren een verder
ontwikkeling tot een algemeen drug delivery platform voor behandeling van
oogheelkundige indicaties.
- 141 -
- 142 -