Ein effizientes Protein-Transportsystem mit Spinnen-Nanopartikeln aus Seidenproteinen

In einer Studie veröffentlicht im Journal MedizinKommunikationhaben Forscher einen effizienten Proteintransporter auf der Basis von Spinnenseidenproteinen (Spidroinen) entwickelt, die aus dem kleinen Ampullenseidenprotein (MiSp) von Araneus ventricosus gewonnen werden. Die MiSp-basierten Nanopartikel können als effektives Transportsystem mit hoher Beladungseffizienz und einem anhaltenden Freisetzungsprofil bei physiologischem pH-Wert dienen.

Bei subkutaner oder intramuskulärer Verabreichung könnte das von diesen Nanopartikeln getragene Proteinantigen antigenspezifische Immunreaktionen in Mausmodellen verstärken. Dies geschieht durch einen Mechanismus, der ein Antigendepot und eine langfristige Antigenpersistenz an der Injektionsstelle sowie eine effiziente Internalisierung durch Lymphknoten und Aufnahme durch dendritische Zellen umfasst.

Proteinimpfstoffe sind aufgrund des schnellen Abbaus durch Proteasen oder der Förderung der Toleranz häufig schlecht immunogen. Als mögliche Alternative können Nanopartikel als Träger Antigene an Antigen-präsentierende Zellen (APCs) liefern und den Antigenpräsentationsweg regulieren oder als Immunpotentiatoren wirken und nachfolgende antigenspezifische Immunreaktionen verstärken.

Unter den partikelbasierten Trägern haben Spidroine aufgrund ihrer wünschenswerten Eigenschaften, darunter Biokompatibilität, biologische Abbaubarkeit und die Fähigkeit, nur eine milde Immunreaktion hervorzurufen, große Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Insbesondere konnten sie leicht durch Aussalzen mit einer Kaliumphosphatlösung und Sterilisieren mit Dampf hergestellt werden. Außerdem können ihre Größe, Stabilität und Arzneimittelbeladungs-/Freisetzungskinetik leicht angepasst werden, indem der Partikelbildungsprozess und die Nachbehandlung des Materials angepasst werden.

Es gibt mindestens sieben verschiedene Spidrointypen, die eine Vielzahl von Seidenarten bilden, jede mit einzigartigen Eigenschaften, die für verschiedene biologische Anwendungen geeignet sind. Diese Studie konzentriert sich auf die Spinnenseide der kleinen Ampullen, da sie mechanisch stark ist, sich in Wasser nicht übermäßig zusammenzieht und über einen nicht von der Nukleation abhängigen Weg fibrilliert.

Das Team entwickelte ein maßgeschneidertes Spidroin, das eine globuläre N-terminale Domäne und eine repetitive Region zur Erzeugung von Nanopartikeln umfasst. Zunächst untersuchten sie den Einfluss von Methoden zur Solubilisierung von Proteineinschlusskörpern auf die Eigenschaften der Kugeln und wählten dann Lysozym als Modellantigen, um die Abgabeeffizienz unter verschiedenen Verabreichungswegen zu untersuchen, darunter parenteral. [subcutaneous (s.c.), intramuscular (i.m.), and intravenous (i.v.) injections] und nicht-parenterale (orale) Verabreichungswege.

Diese Studie zeigt, dass das MiSp-basierte Nanopartikel ein vielversprechender Kandidat für die sichere und effektive Verabreichung von Antigenen über verschiedene Verabreichungswege ist. Sie zeigt, wie Spinnenseide-Nanopartikel ein wirksames Mittel in der Medizin sein könnten, insbesondere für die effektive und sichere Verabreichung von Impfstoffen.

Diese Studie wurde von Dr. Xingmei Qi und Dr. Sidong Xiong (Soochow University, China) und Dr. Gefei Chen (Karolinska Institutet, Schweden) geleitet.