Cu(DDC)2-Liposomen zur alternativen Neuroblastomtherapie – Evaluierung der Toxizität anhand von 3D-… - SLUB Dresden

Media type: E-Book

Title: Cu(DDC)2-Liposomen zur alternativen Neuroblastomtherapie – Evaluierung der Toxizität anhand von 3D-Sphäroiden

Contributor: Hartwig, Friederike-Victoria [Verfasser]; Süss, Regine [Akademischer Betreuer]; Schubert, Rolf [Akademischer Betreuer]

Corporation: Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Fakultät für Chemie und Pharmazie

imprint: Freiburg: Universität, 2021

Extent: Online-Ressource

Language: German

DOI: 10.6094/UNIFR/176004

Identifier:

Keywords: Disulfiram ; Neuroblastom ; Pharmazeutische Technologie ; Zellkultur ; Nanotechnologie ; Liposom ; 3D-Zellkultur ; (local)doctoralThesis

Origination:

University thesis: Dissertation, Universität Freiburg, 2020

Footnote:

Description: Abstract: The cytostatic treatment of neuroblastoma is hampered by severe side effects and by the frequent disease recurrence through cytostatic-resistant cancer cells. Accordingly, there is an enormous demand of alternative therapeutic approaches. Therefore, the repositioning of existing drugs to treat other indications has been gaining popularity in the past decades since it reduces the timeframe for drug development. Disulfiram (DSF, Antabuse®), which is used for the treatment of alcoholism since 1948, is a promising candidate for the repositioning as anticancer agent. The anticancer activity of DSF is dependent on the presence of bivalent copper (Cu2+). The active metabolite of DSF - diethyldithiocarbamate (DDC-) - binds Cu2+ in a molar 2:1-ratio and forms a water-insoluble Cu(DDC)2-complex exhibiting cytotoxic effects on cancer cells. A nanoparticulate carrier system can bring crucial benefits for a parenteral application of the water-insoluble Cu(DDC)2-complex. In this study, a liposomal and parenterally injectable Cu(DDC)2-formulation was developed and evaluated regarding its potential to treat neuroblastoma. For this purpose, Cu2+-liposomes were generated by the lipid film hydration and extrusion method and subsequently loaded with DDC-. The water-soluble DDC- is able to diffuse through the liposomal lipid bilayer into the liposomal Cu2+-containing core, which leads to the formation of Cu(DDC)2 . The Cu(DDC)2-complex, which precipitates, is not membrane permeable and hence trapped. The Cu(DDC)2-liposomes (PEGylated and non-PEGylated) complied with the size requirements of nanoparticles for intravenous injection and demonstrated high drug to lipid ratios (D/L-ratios). PEGylated Cu(DDC)2-liposomes displayed physicochemical advantages over non-PEGylated Cu(DDC)2-liposomes due to a higher D/L-ratio and a greater colloidal stability and drug retention upon storage. Moreover, preclinical in vitro studies were performed to evaluate the cytotoxic effects of Cu(DDC)2-liposomes on different cell models. Beside the usage of 2D cell models, also more complex 3D cell models were utilized as 3D spheroids, which significantly better simulate the physiological conditions of a tumor. Therefore, neuroblastoma cell lines (LS, Kelly and SH-SY5Y) as well as human primary cell lines (adult, dermal fibroblasts (hDFa) and skeletal muscle cells (hSkMC)) were used. PEGylated and non-PEGylated Cu(DDC)2-liposomes displayed cytotoxic properties on both cell models, whereby astonishing effects were noted on 3D cell cultures (as LS-monoculture, LS-hDFa- and LS-hSkMC-coculture). In addition, first steps towards further modifications of Cu(DDC)2-liposomes were performed in this study to increase the liposomal targeting specificity and to exclude toxic effects on healthy tissue. Therefore, αCD276-Fab’-fragments were coupled with lipid-based maleimide anchors and inserted into the liposomal bilayer. The resulting αCD276-Fab’-immunoliposomes should specifically target neuroblastoma cells, which overexpress the surface antigen CD276. However, in vitro and in vivo experiments need to be performed to evaluate the specific targeting efficiency of αCD276-Fab’-immunoliposomes

Abstract: Die zytostatische Behandlung von Neuroblastomen wird durch die starken Nebenwirkungen der Therapie sowie durch häufig auftretende Rezidiven durch zytostatikaresistente Tumorzellen erschwert. Entsprechend besteht ein dringender Bedarf an alternativen Therapieansätzen, bei welchen unter anderem ein Fokus auf die Neupositionierung bereits genehmigter Wirkstoffe gelegt wird. Disulfiram (DSF, Antabus®), welches seit 1948 zur Alkoholentwöhnung eingesetzt wird, ist in diesem Zusammenhang ein geeigneter Wirkstoffkandidat. Die antikanzerogene Wirkung von DSF ist von der Anwesenheit zweiwertigen Kupfers (Cu2+) abhängig. Der aktive Metabolit von DSF – Diethyldithiocarbamat (DDC-) - bindet Cu2+ in einem molaren 2:1-Verhältnis und bildet einen wasserunlöslichen Cu(DDC)2-Komplex, welcher zytotoxisch auf Krebszellen wirkt. Für eine parenterale Applikation des wasserunlöslichen Cu(DDC)2-Komplexes kann ein nanopartikuläres Trägersystem entscheidende Vorteile bringen. In dieser Arbeit wurde eine liposomale, parenteral applizierbare Cu(DDC)2-Formulierung entwickelt und hinsichtlich ihres Potentials zur Behandlung von Neuroblastomen evaluiert. Zu diesem Zweck wurden Cu2+-Liposomen mittels der Filmmethode und anschließender Extrusion hergestellt und nachfolgend mit DDC- beladen. Wasserlösliches DDC- diffundiert bei diesem Vorgehen durch die liposomale Membran und komplexiert im wässrigen Liposomenkern mit verkapseltem Cu2+ zu Cu(DDC)2, welches anschließend als Präzipitat im Liposomeninneren verbleibt. Die in dieser Arbeit verwendeten Cu(DDC)2-Liposomen (nicht PEGyliert und PEGyliert) entsprachen den Größenanforderungen von Nanopartikeln zur intravenösen Applikation und wiesen ein hohes drug-to-lipid-Verhältnis (D/L-Verhältnis) auf. Es wurde nachgewiesen, dass PEGylierte Cu(DDC)2-Liposomen physikochemische Vorteile gegenüber nicht PEGylierten Cu(DDC)2-Liposomen aufzeigten, da diese sowohl ein höheres D/L-Verhältnis als auch eine höhere kolloidale Stabilität und Wirkstoffretention während der Lagerung erzielten. Die zytotoxischen Eigenschaften der Cu(DDC)2-Liposomen wurden in verschiedenen Zellmodellen überprüft. Neben der Verwendung von 2D-Zellmodellen wurden auch 3D-Zellmodelle in Form von 3D-Sphäroiden, die wesentlich besser die physiologische Begebenheiten eines Tumors simulieren können, entwickelt. Hierfür wurden Neuroblastomzelllinien (Kelly, LS und SH-SY5Y), sowie humane Primärzelllinien (adulte, dermale Fibroblasten (hDFa) und Skelettmuskelzellen (hSkMC)) verwendet. In beiden Modellen zeigten sowohl nicht PEGylierte als auch PEGylierte Cu(DDC)2-Liposomen zytotoxische Eigenschaften, wobei erstaunliche Effekte in dem komplexeren 3D-Zellmodell (LS-Monokultur und LS-hDFa- bzw. LS-hSkMC-Kokultur) auftraten. Um die Spezifität zu erhöhen und eine toxische Wirkung auf gesundes Gewebe ausschließen zu können wurden außerdem erste Schritte zur weiteren Modifizierung der in dieser Arbeit untersuchten Cu(DDC)2-Liposomen durch Kopplung von αCD276-Fab'-Fragmenten über lipidbasierte Maleimid-Anker unternommen. Die resultierenden αCD276-Fab'-Immunoliposomen sollen in der Lage sein, gezielt Neuroblastomzellen, die das Antigen CD276 auf der Zelloberfläche überexprimieren, anzusteuern. Weiterführend muss das spezifische Targeting der αCD276-Fab'-Immunoliposomen in In-vitro- und In-vivo-Untersuchungen überprüft werden

Access State: Open Access

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