Multilayer coating of gold nanoparticles (AuNP) with drug-polymer complex : development and characterization

Abstract

Photosensitizers (PS) in combination with visible light are approved in photodynamic therapy for treatment of several types of cancer. Recent strategies for higher bioavailability and the reduction of side effects include PS loaded nanoparticle formulations. The subject of the present thesis is the development and characterization of gold based and surface modified nanoparticulate drug delivery systems for the PS 5,10,15,20-tetrakis(3-hydroxyphenyl)chlorin (mTHPC) for intravenous administration. Gold nanoparticles (AuNP) with a diameter of 15 nm were prepared and used as template for the Layer-by-Layer (LbL) approach. The PS and the negatively charged polyelectrolyte (PE) poly(styrene sulfonate) sodium salt (PSS) were complexed with a new developed method using freeze-drying resulting in a dramatically increased water solubility of the PS. The phototoxicity of the PSS/mTHPC complex in water was increased compared to the free mTHPC in ethanol. A drug-multilayer system based on the LbL technique utilized the water-soluble complex as anionic layer material and poly(allylamine hydrochloride) (PAH) as cationic layer. For the first time, a nanoparticulate system with three adsorbed drug layers was prepared. The mTHPC-loaded modified AuNP were taken up by cells and the dark toxicity was strongly decreased. The mTHPC was released and effective as anticancer drug after illumination. In conclusion, the modified AuNP can be considered as promising carrier for such types of PS.

Photosensibilisatoren (PS) in Kombination mit sichtbarem Licht sind in der Photodynamischen Therapie zur Behandlung von Krebs zugelassen. Mit PS beladene Nanopartikel (NP) sind eine neue Strategie, um die Bioverfügbarkeit von PS zu erhöhen und Nebenwirkungen zu reduzieren. Das Thema dieser Doktorarbeit ist die Entwicklung und Charakterisierung von auf Gold (Au) basierten und oberflächenmodifizierten nanopartikulären Trägersystemen zur intravenösen Verabreichung des PS 5,10,15,20-Tetrakis(3-hydroxyphenyl)chlorin (mTHPC). Es wurden AuNP (d = 15 nm) hergestellt, die als Vorlage für die Layer-by-Layer (LbL) Technik dienten. Der PS und das negativ geladene Poly(styrol sulfonat) Natriumsalz (PSS) wurden mit einer neuen Methode komplexiert, die eine starke Erhöhung der Wasserlöslichkeit von mTHPC zur Folge hatte. Die Phototoxizität vom PSS/mTHPC Komplex verglichen mit dem freien mTHPC war erhöht. Der Komplex wurde als negativ geladenes Schichtmaterial verwendet und Polyallylamin-hydrochlorid (PAH) als positives Schichtmaterial, um ein mehrschichtiges Wirkstoffsystem basierend auf der LbL Technik aufzubauen. Damit konnte erstmalig die Herstellung eines nanopartikulären Systems mit drei Wirkstoffschichten gezeigt werden. Die mit mTHPC beladenen und modifizierten AuNP wurden von Zellen aufgenommen und die Dunkeltoxizität wurde stark gesenkt. Das mTHPC wurde freigesetzt und war nach Bestrahlung wirksam gegen die Krebszellen. Zusammenfassend gesagt, sind die modifizierten AuNP ein vielversprechendes Transportsystem für diese Arten von PS.