PLGA nanoparticles for delivery through the blood-brain barrier

Abstract

Treatments of central nervous system (CNS) diseases remains a real challenge for modern medicine due to the difficulty to cross the blood-brain barrier (BBB). Regenerative treatments based on increasing the differentiation of neural stem cells (NSCs) in new neuronal cells could prove interesting for improving the recovery of stroke patients, if these treatments were able to reach the deep brain structures where these cells are situated. All-trans retinoic acid (RA) is a promising molecule, able to increase the differentiation of NSCs. In this thesis, PLGA nanoparticles loaded with RA for delivery to the NSCs through the BBB were developed using the MicroJet reactor® (MJR) technology. These nanoparticles were coated with surfactants, polysorbate 80 and poloxamer 188. First, the nanoparticles were loaded with a fluorescent dye and their protein corona and their ability to cross the BBB were characterized using an in vitro coculture model. Both formulations were able to be internalized by the endothelial cells with different uptake profiles depending on their coating, and to be transcytosed to the abluminal compartment. Next, PLGA nanospheres and nanocapsules coated with surfactants were produced and loaded with retinoic acid. Nanoparticles with high encapsulation efficiency could be produced and their release profiles were measured. However, the nanoparticles showed a high burst release, which could be reduced by coating the nanocapsules with chitosan.

Die Behandlung von Erkrankungen des Zentralnervensystems (ZNS) bleibt eine echte Herausforderung für die moderne Medizin, da die Blut-Hirn-Schranke (BHS) nur schwer zu überwinden ist. Regenerative Behandlungen, die die Differenzierung von neuralen Stammzellen (NSZ) in neue neuronale Zellen steigern, könnten die Genesung von Schlaganfallpatienten verbessern, falls die Wirkstoffe diese Zellen erreichen. All-trans-Retinsäure (RS) ist ein vielversprechendes Molekül, welches die Differenzierung von NSZ erhöhen kann. In dieser Arbeit wurden RS beladene PLGA-Nanopartikel (NP) zum Transport des Wirkstoffs durch die BHS mittels MicroJet-Reaktor® (MJR)-Technologie entwickelt, um die NSZ zu erreichen. Diese NP wurden mit den Amphiphilen Polysorbat 80 und Poloxamer 188 stabilisiert. Zuerst wurden die NP mit einem fluoreszierenden Farbstoff beladen und ihre Proteinkorona, sowie ihre Fähigkeit, die BHS zu passieren, mit Hilfe eines In-vitro-Kokulturmodells charakterisiert. Beide Formulierungen konnten von den Endothelzellen, je nach Beschichtung, unterschiedlich gut aufgenommen und zum abluminalen Kompartiment per Transzytose weitergeleitet werden. Danach wurden Polysorbat- und Poloxamer-stabilisierte PLGA-Nanosphären und -Nanokapseln hergestellt und mit RS beladen. Es konnten NP mit hoher Verkapselungseffizienz hergestellt und deren Freisetzungsprofile gemessen werden. Allerdings zeigten die NP einen hohen Burst-Release, der durch Beschichtung mit Chitosan reduziert werden konnte.