Cationic polymer coating of PLGA nanoparticles for enabling cellular delivery of siRNA

Abstract

As part of the ‚COMPACT’ (Collaboration on the Optimization of Macromolecular Pharmaceutical Access to Cellular Targets) project a consortium of partners from academic and industrial research set the aim of developing a carrier system for the transport of siRNA (small interfering RNA) into the lung to overcome the pulmonary barrier. For this purpose, an established nanoparticulate system consisting of two polymers, PLGA poly(lactide-co-glycolide) and Chitosan, was applied and optimized concerning particle characteristics (size, distribution, and charge) potential automation and upscaling processes. Within the development of the second generation of biodegradable drug delivery systems, a novel combination of Protamine + PLGA and CatStarch (a synthesized water-soluble cationic starch) + PLGA was used and characterized with regards to its application. In vitro studies were performed to investigate the carriers biocompatibility (cytotoxicity and immunogenicity) and efficacy (cellular uptake, localization andtransfection). Within this examination, a method to show knock-down results without the availability of cost-intensive stable transfected cell lines was developed.

Im Rahmen des „COMPACT“ (Collaboration on the Optimisation of Macromolecular Pharmaceutical Access to Cellular Targets) Projektes wurde in Kooperation mit Partnern aus Industrie und universitärer Forschung das Ziel gesetzt, einen Träger für den Transport von siRNA (small interfering RNA) in die Lunge zu entwickeln, um die Lungenbarriere zu überwinden. Zu diesem Zweck wurde auf ein bestehendes nanopartikuläres System bestehend aus zwei Polymeren, PLGA (Polylactid-co-Glycolid) und Chitosan, aufgebaut und die Herstellung bezüglich Partikeleigenschaften (Größe, Partikelgrößenverteilung und Ladung), möglicher Automatisierungs- und späterer Upscaling-Prozesse optimiert. Bei der Entwicklung einer zweiten Generation an bioabbaubaren Wirkstoffträgersystemen wurde eine neuartige Kombination aus Protamin und PLGA und CatStarch (eine synthetisierte wasserlösliche kationische Stärke) und PLGA verwendet und unter applikationsspezifischer Gesichtspunkten charakterisiert. Zur Beschreibung der Trägersysteme gehörten neben in vitro Untersuchungen zur Zelltoxizität, Immunogenität, Zellaufnahme und Lokalisierung, die Überprüfung der jeweiligen Transfektionseffizienz. Innerhalb dieser Versuche konnte eine Methode entwickelt werden, die die Darstellung von knock-down Prozessen ohne Vorhandensein einer kostenintensiven stabil transfizierten Zelllinie ermöglicht.