Biodynamers as Novel Polymeric Carriers delivering biopharmaceutical drugs : strategies, applications, and challenges

Abstract

Biopharmaceutical drugs, including proteins/peptides and nucleic acids, have garnered significant attention in pharmaceutical research and the marketplace. However, their therapeutic application remains challenging due to the inherent limitations. Biological dynamic polymers (biodynamers), with their distinct physicochemical and biological properties, such as tunability, stimuli responsiveness, present substantial promise as drug delivery vehicles. In this study, the proteoid biodynamers demonstrated the ability to encapsulate proteins and peptides into nano-complexes and nano-emulsions, attributed to their inherent amphiphilicity and tunable properties. Additionally, they exhibited excellent efficiency in siRNA delivery as well. To enable large-scale production and eliminate the need for chemical crosslinkers, chitosan was modified to aldehyde chitosan (ACh), then the functional groups such as arginine hydrazide (Arg) and tobramycin (Tob) were conjugated onto ACh in varying ratios to create Arg-ACh, Tob-ACh, and Arg/Tob-ACh biodynamers. Notably, Arg/Tob-ACh biodynamers demonstrated promising efficacy in siRNA delivery. The biodynamers developed in this dissertation exhibited significant potential for the delivery of proteins/peptides and nucleic acids. Additionally, we reviewed recent advances in the field of biodynamers, emphasizing both the challenges and opportunities for their biomedical applications.

Biopharmazeutische Wirkstoffe, einschließlich Proteine/Peptide und Nukleinsäuren, haben in der pharmazeutischen Forschung und auf dem Markt erhebliches Interesse geweckt. Ihre therapeutische Anwendung bleibt jedoch aufgrund der inhärenten Einschränkungen herausfordernd. Biologische dynamische Polymere (Biodynamere) mit ihren ausgeprägten physikochemischen und biologischen Eigenschaften, wie Anpassungsfähigkeit und Reaktionsfähigkeit auf Stimuli, zeigen großes Potenzial als Wirkstoffträger. In dieser Studie zeigten Proteoid-Biodynamere die Fähigkeit, Proteine und Peptide in Nano-Komplexen und Nano-Emulsionen zu verkapseln, was auf ihre inhärente Amphiphilie und anpassungsfähigen Eigenschaften zurückzuführen ist. Darüber hinaus wiesen sie eine hervorragende Effizienz bei der siRNA-Abgabe auf. Um eine großtechnische Produktion zu ermöglichen und auf den Einsatz chemischer Vernetzer zu verzichten, wurde Chitosan zu Aldehyd-Chitosan (ACh) modifiziert. Anschließend wurden funktionelle Gruppen wie Argininhydrazid (Arg) und Tobramycin (Tob) in verschiedenen Verhältnissen an ACh konjugiert, um Arg-ACh, Tob-ACh und Arg/Tob-ACh Biodynamere zu erzeugen. Besonders hervorzuheben ist, dass Arg/Tob-ACh Biodynamere eine vielversprechende Wirksamkeit bei der siRNA-Abgabe zeigten. Die in dieser Dissertation entwickelten Biodynamere zeigten ein erhebliches Potenzial für die Abgabe von Proteinen/Peptiden und Nukleinsäuren. Darüber hinaus wurden aktuelle Fortschritte im Bereich der Biodynamere überprüft, wobei sowohl die Herausforderungen als auch die Chancen für ihre biomedizinischen Anwendungen hervorgehoben wurden.