Therapeutische Nukleinsäuren in AD-Modellen

Projektdetails:

Thematik: Grundlagenforschung
Förderstatus: abgeschlossen
Art der Förderung: Standard Projekt
Institution: Universität München, Biotechnologie - Pharmazeutische Biologie
Projektleiter: Prof. Dr. Carsten Culmsee
Laufzeit: 01. November 2004 - 31. Oktober 2006
Fördersumme: 50.000,00 Euro
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Projektbeschreibung

Das Amyloid-beta-Peptid (Aβ) ist ein neurotoxisches Protein, das sich im Gehirn von Patienten mit Alzheimer Demenz (AD) anreichert und dort irreversible Schäden an den Nervenzellen verursacht. Daher richten sich zurzeit therapeutische Strategien gegen die Aβ-Synthese und -Ansammlung.

Im Gehirn von Alzheimer-Patienten entsteht Aβ infolge der vermehrten Spaltung des Amyloid-Vorläuferproteins (APP) durch die Enzyme β-Sekretase und γ-Sekretase. Bis heute ist noch kein spezielles und wirksames Medikament zur Hemmung der Aβ-Synthese verfügbar. Außerdem sind die möglichen Nebenwirkungen einer langfristigen Hemmung der beteiligten β- oder γ-Sekretasen noch weitgehend unbekannt. In dem Projekt von Dr. Carsten Culmsee, Universität München, werden die β- und γ-Sekretase mit Hilfe von kleinen Nukleinsäuremolekülen (siRNA) gezielt ausgeschaltet, um

  1. nachzuweisen, dass die Hemmung einer oder beider Sekretasen die Bildung von Aβ erheblich verringert und so Nervenzellen geschützt werden;
  2. zu erforschen, ob eine langfristige Blockade der β- oder γ-Sekretase oder beider Sekretasen toxisch für die Neuronen ist.

Eine große Herausforderung bei dieser Studie ist der Transfer der siRNA in die Nervenzellen, insbesondere der Transport in das Gehirngewebe. Bisher ist der Transfer von therapeutischen Nukleinsäuren durch Viren geglückt, wobei es jedoch erhebliche Sicherheitsbedenken gibt. Daher entwickelten Culmsee et al. sehr kleine Polymerpartikel (Nanopartikel) für den nicht-viralen Transport von Nukleinsäuren.

Die Ergebnisse dieser Studie werden eine genaue Bewertung der untersuchten Sekretasen als therapeutisches Ziel bei AD ermöglichen. Außerdem sind die künstlich hergestellten siRNA-Partikel äußerst hilfreich für Langzeitstudien der AD an Tiermodellen sowie an Modellen für andere neurodegenerative Erkrankungen, wie z. B. Schlaganfall, Hirntrauma und Parkinson.

Abschlussbericht

The major achievement of this project is the development of efficient vector systems that allow stable complexation and delivery of siRNA into cultured cells and in vivo. siRNA can inhibit the synthesis of selected proteins and therefore provides a promising tool for novel therapeutic strategies in many diseases including neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s disease. Here, we applied siRNA in order to inhibit neuronal cell death that causes the pathology of Alzheimer’s disease. With our novel siRNA vectors blocked the synthesis of enzymes involved in amyloid beta peptide formation, i.e. BACE-1 and other proteins that are involved in neuronal cell death associated with Alzheimer’s disease.

A major challenge of this project was the development of carrier systems that allow transfer of siRNA into cultured neurons and brain tissue. In the funding period we succeeded to characterize novel vector systems for siRNA transfer that are based on polyethyleneimine or liposomal formulations. These novel carrier systems allowed stable complexation of siRNA and efficient transfer of siRNA into cell lines and primary neurons. Most importantly, optimized PEI-formulations and liposomes have been successfully applied into mouse brain tissue where pronounced inhibition of a targeted reporter protein was achieved. Further, siRNA-vectors targeting BACE-1 or proteins involved in neuronal cell death were found to prevent neuronal cell death in cultured neurons.

In summary, our newly developed siRNA vectors provide very promising novel strategies for siRNA transfer in the CNS and will be very useful for therapeutic applications in research on neurodegenerative diseases including Alzheimer’s disease. These results have partly been published in form of original manuscripts and presentations at international meetings and further stimulating results based on the CNS application of the developed siRNA vectors are submitted for publication.

Wissenschaftliche Publikationen auf Basis des geförderten Projekts

Cardoso, A.L., Costa, P., de Almeida, L.P., Simões, S., Plesnila, N., Culmsee, C., Wagner, E., de Lima, M.C. (2010). Tf-lipoplex-mediated c-Jun silencing improves neuronal survival following excitotoxic damage in vivo. Journal of Controlled Release, 142(3):392-403.

Cardoso, A.L., Simões, S., de Almeida, L.P., Plesnila, N., Culmsee, C., Wagner, E., Pedroso de Lima, M.C. (2009). Tf-lipoplexes for neuronal siRNA delivery: a promising system to mediate gene silencing in the CNS. J Control Release, 132:113-123.

Cardoso, A., Simões, S., de Almeida, L., Pelisek, C., Culmsee, C., Wagner, E., Pedroso de Lima, M. (2007). siRNA delivery by a transferrin-associated lipid-based vector: a non-viral strategy to mediate gene silencing. The Journal of Gene Medicine, 9:170-183.

Tarcha, P.J., Pelisek, J., Merdan, T., Waters, J., Cheung, K., von Gersdorff. K., Culmsee, C., Wagner, E. (2007). Synthesis and characterization of chemically condensed oligoethylenimine containing beta-aminopropionamide linkages for siRNA delivery. Biomaterials. 28:3731-3740.


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