EP2451441A2 - Mixture of amphipathic molecules and method for modifying cell membranes by means of fusion - Google Patents

Mixture of amphipathic molecules and method for modifying cell membranes by means of fusion

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Publication number
EP2451441A2
EP2451441A2 EP10747151A EP10747151A EP2451441A2 EP 2451441 A2 EP2451441 A2 EP 2451441A2 EP 10747151 A EP10747151 A EP 10747151A EP 10747151 A EP10747151 A EP 10747151A EP 2451441 A2 EP2451441 A2 EP 2451441A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
molecule
mixture
type
fusion
cell
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP10747151A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Bernd Hoffmann
Agnes CSISZÁR
Nils Hersch
Rudolf Merkel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Forschungszentrum Juelich GmbH
Original Assignee
Forschungszentrum Juelich GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Forschungszentrum Juelich GmbH filed Critical Forschungszentrum Juelich GmbH
Publication of EP2451441A2 publication Critical patent/EP2451441A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/06Lysis of microorganisms
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61KPREPARATIONS FOR MEDICAL, DENTAL OR TOILETRY PURPOSES
    • A61K9/00Medicinal preparations characterised by special physical form
    • A61K9/10Dispersions; Emulsions
    • A61K9/127Liposomes
    • A61K9/1271Non-conventional liposomes, e.g. PEGylated liposomes, liposomes coated with polymers
    • A61K9/1272Non-conventional liposomes, e.g. PEGylated liposomes, liposomes coated with polymers with substantial amounts of non-phosphatidyl, i.e. non-acylglycerophosphate, surfactants as bilayer-forming substances, e.g. cationic lipids
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61PSPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P35/00Antineoplastic agents
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61PSPECIFIC THERAPEUTIC ACTIVITY OF CHEMICAL COMPOUNDS OR MEDICINAL PREPARATIONS
    • A61P43/00Drugs for specific purposes, not provided for in groups A61P1/00-A61P41/00

Definitions

  • the invention relates to a mixture of amphipathic molecules and a method for cell membrane modification by fusion with these molecules.
  • a further modification of a fusion mixture is effected by the binding of viral components on the surface of the carrier particles.
  • a disadvantage of this process is the complexity and cost with which the complexes must be prepared.
  • Another fusion system is known from Gopalakrishnan et al. (G. Gopalakrishnan, C. Daneion, P. Izewska, M. Prummer, P.-Y. Bolinger, I. Geissbühler, D. Demurtas, J. Dubochet, and H. Vogel (2006) Multifunctional Lipid / Quantum Dot Hybrid Nanocontainers for Controlled Targeting of Live Cells, Angew Chem. Int. Ed. 2006, 45, 5478-5483.).
  • the authors describe the fusion of a living cell membrane with a vesicle structure of DMPE, DOTAP, DPPE-PEG2000, and quantum nanodots.
  • the disadvantage of the method is that non-biodegradable particles (quantum nanodots) are used. As a result, further medical or pharmaceutical uses are excluded.
  • the object of the invention is therefore to provide a molecule mixture which leads to an efficient fusion with cell membranes also in vivo. It is a further object of the invention to provide a method for efficient in vivo cell membrane modification by fusion with a molecular mixture. Another object of the invention is to demonstrate uses for the molecular mixture in the modification of cells.
  • the object is achieved by a mixture according to claim 1 and by the method for in vivo Zellmembran-) modification and by the cells provided in this way according to subsidiary claims.
  • the method is based on membrane fusion between any cell membrane with a mixture of amphipathic molecules according to the invention.
  • biologically or pharmaceutically relevant molecules can be incorporated into the cell interior and / or into the cell membrane by means of fusion and / or also coupled to the surface thereof.
  • the mixture can be used on individual cells as well as advantageously on tissues or tissue sections.
  • the mixture of amphipathic molecules has an amphipathic type of molecule A, which carries a positive total charge in the hydrophilic region, and an amphipathic molecule.
  • Lekülsorte B which forms a delocalized electron system in the hydrophilic and / or hydrophobic region.
  • a type of molecule B with a delocalized electron system therefore comprises according to the invention at least one (or even more) cyclic structural motif, which are formed by conjugated double bonds and / or lone pairs of electrons and / or unoccupied p orbitals. These follow the Hückel rule.
  • Covalently bonded neighboring atoms of the molecule type B in the delocalized electron system particularly advantageously have an electronegativity difference ( ⁇ ) of greater than or equal to 0.4.
  • electronegativity difference
  • a type of molecule B that complies with these rules increases the fusion efficiency.
  • the mixture comprises l, 2-dioleoyl-3-trimethylammonium propane (DOTAP) as molecule type A.
  • DOTAP 2-dioleoyl-3-trimethylammonium propane
  • the molecule type B is formed by a phospholipid to which a fluorescence dye with delocalized electron system is bound. But it can also be another dye, for. An azo dye, to be bound to a phospholipid.
  • phospholipid of the molecule type B in particular l-hexadecanoyl-2-dodecanoyl-stt-glycero-S-phosphocholine or 1,2-dihexadecanoyl-1-glycero-3-phosphoethanolamine, or 1,2-dioleoyl-57-ol Glycero-3-phosphoethanolamine provided.
  • the delocalized electron system in the molecule type B is advantageously formed by a group R, as indicated below: 2- (4,4-difluoro-5-methyl-4-bora-3a, 4a-diaza- 5-indacene-3-dodecanoyl) or iV- (4,4-difluoro-5,7-dimethyl-4-bora-3a, 4a-diaza-5'-indacene-3-propionyl) or Lissamine Rhodamine B sulfonyl or (5- (chlorosulfonyl) -2- (IH, 2H, 3H, 5H, 6H, 7H, 1H, 12H, 13H, 15H, 16H, 17H-pyrido [3, 2, 1-ij] quinolizino [1 ', 9 ': 6, 7, 8] chromeno [2, 3-f] quinolin-4-ium-9-yl) benzenesulfonate or 7-nitro-2-l,
  • the specified basic components of the molecule type B that is z.
  • the phospholipids and said groups R are freely combinable with each other, that is, that each of the dyes can be bound to a phospholipid.
  • the fusion mixture has far-reaching advantages over the previously known fusion mixtures.
  • the mixture in all (mammalian) cell types, and thus ubiquitously applicable.
  • the mixture is highly efficient (> 50%), and there are no damage to the cells due to the fusion.
  • the cells are therefore fully chargeable after the merger.
  • the mixture is also applicable to tissue sections. Further advantages are achieved by the functionalization of the cell membrane with specific molecules, as described below, for. B. in the way 3. indicated.
  • a further amphipathic type of molecule C can be provided as helper molecule.
  • 1,2-dioleoyl-5-glycero-3-phosphoethanolamine can be present as molecule type C for this purpose.
  • the preferred ratio between the types of molecules A, B and C is about 1: 0.05-0.2: 1 wt / wt.
  • the mixture comprises up to 99% wt amphipathic molecule type A, 40% wt amphipathic type of molecule B (with group R), and up to 70% wt amphipathic type of molecule C.
  • any mixtures are dissolved in an organic solvent and homogenized well (eg vortex, ultrasound).
  • the solvent is removed, for.
  • the dried mixture of molecular species dissolved in an aqueous buffer This mixture is durable while cooling.
  • the molecule types A, B and C are present as lipids. These then form a liposome upon uptake in an aqueous buffer. Liposomes are preferred because in an excellent manner, further types of molecules can be arranged in and on the cell membrane, and also molecules incorporated in the liposome can be introduced into the cell interior during the fusion of the liposome with the cell membrane.
  • the mixture is present as a liposome.
  • the liposome according to the invention has a particularly advantageous effect in that further molecules can be arranged in it, which can lead to preferred modifications of the cells.
  • the selected cell with its cell membrane with a preferably buffered mixture, or liposome, in
  • the process of contacting takes advantageously only a few minutes, z. 1 to 120, preferably 10 to 30 minutes, during the fusion.
  • Single cells are advantageously fused in a very short time after contact with the mixture, or the liposome, hereby.
  • Cell tissues may take a little longer, that is, up to about 120 minutes. From the fusion, the endocytosis of the liposome is strictly distinguishable.
  • the method has a high proportion of cells fused to the mixture or liposome compared to the prior art and for the shortness of contact time.
  • the efficiency is therefore advantageously over 50%.
  • various other molecules can be added to the mixture according to the invention.
  • the method according to the invention proves to be versatile and robust in this respect. By this is meant that a variety of different functional molecule types can be mixed individually or simultaneously and thus lead to the desired modifications of the cell and not only the membrane. Because it is a vivo system, the cell remains functional.
  • an amphipathic type of molecule D having a functional group in the hydrophilic region, in particular having a chelate group as functional group can be supplied to the mixture according to the invention having molecular types A, B and optionally C. Then the mixture comprises z.
  • the functional group is placed during the fusion of the mixture, or the liposome, with the cell membrane of the cell on the surface of the cell membrane.
  • the surface of the cell membrane can be specifically modified and functionalized.
  • the functional group protrudes outwards from the surface of the cell and can be selectively modified by further chemical groups. This can result in a particularly advantageous embodiment of the invention for successful cancer therapy.
  • a mixture according to the invention therefore comprises for this purpose z.
  • TNF tumor necrosis factor
  • An amphipathic type of molecule E can be added to the mixture and, during the fusion, arranged in the membrane of the cell, in particular bacteriorhodopsin or glycophorin A or integrin as molecule type E.
  • a non-amphipathic hydrophilic type of molecule F in a buffered solution can be added to a pre-dried mixture and released into the lumen of the cell during the fusion.
  • molecule type F in particular RNA, DNA, Ca 2+ , peptide, protein or a medicament, such as acetylsalicylic acid, is included.
  • a non-amphipathic hydrophobic type of molecule G can also be simultaneously added to the mixture and placed in the membrane of the cell during fusion. These include in particular cholesterol, vitamin A, D, E and K or drugs such as cortisone.
  • All types of molecules A, B, C, D, optionally G can be dissolved in an organic solvent and homogenized. They can then be dried and dissolved in an aqueous buffer and stored. In the solution in an aqueous buffer, the mentioned types of molecules E and / F can be added. Depending on the type of molecule, liposomes from the molecule types A, B, C, D, E, F, G can advantageously be formed.
  • the following molecules for preparing a fusion mixture for cell membrane modification by fusion with the membrane can be used.
  • the following list is not exhaustive or restrictive.
  • the criteria for the molecule A are that (a) the molecule has a hydrophilic region with at least one or more positive charges so that the total charge of the hydrophilic part of the molecule is positive.
  • the object of this molecule is to bring the fusion mixture by electrostatic forces in the vicinity of the negatively charged cell membrane, (b) It also has a hydrophobic region, preferably C 10 -C 30 -content with or without double bonds. Double bonds advantageously have the effect that the membrane of the liposome formed becomes elastic, so that fusion of the liposome with the cell membrane is facilitated.
  • the proportion of molecule type A in the mixture according to the invention can be up to 99 wt / wt%.
  • DOTAP 1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium propane (Chloride SaIz)) is called.
  • amphipathic type of molecule B as fusion-inducing molecules according to the invention are as follows: (a) it must have a hydrophilic area with or preferably no charge, (b) and it must have a hydrophobic area, preferably C 10 -C 30 content with or have no double bonds. For the function of the double bonds, see variety A. (c) The molecule has a group (R), either hydrophobic and / or hydrophilic
  • Area which has a delocalized electron system. This means a cyclic structural motif of conjugated double bonds and / or lone pairs of electrons and / or unoccupied p orbitals.
  • group R is a large difference in electronegativity between covalently connected neighboring atoms. This can be particularly advantageous at least 0.4 ( ⁇ > 0.4). This serves to increase polarizability and positively affect fusion, (d) The amount of fusion-inducing type B molecule in the mixture can be adjusted up to 40 wt / wt%.
  • Table 1 Summary of the properties of fusion inducing and non-fusion inducing groups R bound to amphipatic molecules B (eg: phospholipids, such as DHPE or DOPE).
  • B eg: phospholipids, such as DHPE or DOPE.
  • N- (4,4-difluoro-5,7-dimethyl-4-boro-3a, 4a-diaza - ⁇ -indacene-3-propionyl) is BODIPY-FL.
  • This group R is bound to DHPE (1,2-dihexadecanoyl, S77-glycero-3-phosphoethanolamine (triethylammonium salt)). Both together give the following structural formula:
  • DiOCi 8 (3) 3,3'-dioctadecyloxacarbocyanine perchlorate.
  • This molecule is not a lipid-bonded dye as the first two molecules B, but an amphiphatic molecule per se of the structural formula:
  • Lissamine Rhodamine B sulfonyl is group R. This is bound to 1, 2-dioleoyl-s "- glycero-3-phosphoethanolamine (DOPE) as an amphiphatic molecule. Both give the structural formula:
  • Texas Red is (5- (chlorosulfonyl) -2- (IH, 2H, 3H, 5H, 6H, 7H, 1H, 12H, 13H, 15H, 16H, 17H-pyrido [3, 2, 1-ij] quinolizino [ 1 ', 9': 6, 7, 8] chromeno [2, 3-f] quinolin-4-ium-9-yl) benzenesulfonates, ie group R. This is bonded to 1,2-dihexadecanoyl-s-glycero 3-phosphoethanolamines and together give the structural formula:
  • NBD-DOPE Sixth example of molecule type B (NBD-DOPE):
  • NBD (7-nitro-2-l, 3-benzoxadiazol-4-yl) also group R. This is bound to 1,2-dioleoyl-5'-glycero-3-phosphoethanolamines having a structural formula:
  • Carboxyfluorescein is group R and attached to l, 2-dioleoyl-5'-glycero-3-phosphoethanolamines having the structural formula:
  • 1 -pyrenesulfonyl is group R and attached to l, 2-dioleoyl-.SM-glycero-3-phosphoethanolamines having the structural formula:
  • Pyrenedecanoyl group R is attached to l-hexadecanoyl-2-5-glycero-3-phosphocholines having the structural formula:
  • the group R in molecule type B is often present as a dye.
  • the group R itself is formed by a hydrophobic part of an amphipathic molecule and by delocalized double bonds.
  • cap biotinyl would be group R bound to 1-dioloyl-sn-glycero-S-phosphoethanolamines having the structural formula:
  • Methoxy (Polyethylene glycol) -2000 would be group R bound to 1,2-dioleoyl-5 ⁇ -glycero-3-phosphoethanolamine (PEG2000-DOPE) having the structural formula:
  • the following further molecules are possible for producing a fusion mixture or for cell membrane modification.
  • helper molecule / carrier molecule C The criteria for helper molecule / carrier molecule C are: (a) The molecule must have a hydrophilic region and (b) a hydrophobic region (in particular Ci 0 -C 30 ) with or without double bonds. For the function of the double bonds, see variety A and / or B. (c) Both ranges should have a neutral character in order to avoid the large La density and the repulsive forces between positively charged molecules of molecule type A to neutralize. This effect leads to the stabilization of the system, (d) The proportion of the carrier molecule can be set to a maximum of 70% wt / wt.
  • Phosphoethanolamines 1,1-Dimiristoyl-SM-glycero-S-phosphoethanolamines, 1,2-Dielaidoxy® -glycero-3-phosphoethanolamines, 1,2-diphytano-L-S-glycero-3-phosphoethanolamines, 1-dilinoleoyl-glycero-S- Phosphoethanolamines or 1,2-dioleoyl 5'-glycero-3-phosphatidylcholine).
  • DOPE 1,2-dioleoyl-s-glycero-3-phosphoethanolamine
  • the molecule types A, B and C are formed as lipids or as polymers.
  • liposomes are formed in the preparation of the ready-to-use mixture.
  • the weight-mixing ratio (wt / wt) is advantageously 1: 0.05-0.2: 1 between the molecule types A, B and C.
  • amphiphatic molecule type D The criteria for the amphiphatic molecule type D are: (a) The molecule must have a hydrophilic region and (b) a hydrophobic region (in particular with Ci O -C 30 ) with or without double bonds. For the function of the double bonds, see species A, B, or C. (c) The molecule must have a functional group in the hydrophilic region that allows further chemical bonding on the cell surface after fusion.
  • Suitable are molecules such. Long-chain fatty acids and alcohols, chelate complex modified lipids, eg. For example, 1, 2-dioleoyl, 5-glycero-3 - [(N- (5-amino-1-ol)
  • Carboxypentyl) iminodiacetic acid) succinyl] (nickel salt), biotin modified lipids (1,2- Dioleoyl-sw-glycero-S-phosphoethanolamine-N-cap-biotin), or PEG-modified lipids (1,2-dioleoyl-5-glycero-3-phosphoethanolamine-N- [methoxy (polyethylene glycol) -2000] (ammonium salt ) or pharmaceuticals.
  • a first exemplary embodiment of this is (iminodiacetic acid) succinyl (nickel salt) as a functional group, here in the form of a chelate group, attached to 1,2-dioleoyl-H-glycero-5-amino-1-carboxypentyl. This gives the structural formula:
  • molecule type E are further: (a) they are amphiphatic. (b) These may include membrane proteins, peptides, surface receptors, such as. B. Bacteriorhodopsin, integrin, glycophorin A and many others, (c) type of molecule E, like the other components A, B, C, D are artificially synthesized or derived from cells, (d) modification of these molecules, such as. For example, fluorescence or radioactive label may be present. (E) Molecule Type E may be added to the mixture up to 20% wt / wt. The amphiphatic molecule types E is incorporated into the liposome membrane when using lipids as grade A-D. Non-amphiphatic molecule types E are incorporated on the liposome membrane when lipids are used as grade A-D.
  • the criteria for molecule type F are: (a) The molecules should be water-soluble. The following examples are given: ions, peptides, proteins, drugs, DNA or RNA.
  • Type of molecule F is incorporated into the lumen of the liposome when using lipids as molecular species.
  • Type of molecule G (not water-soluble or hydrophobic):
  • molecule type G The criteria for molecule type G are: (a) The molecules have hydrophobic character and are readily soluble in organic solvents. The following examples are given: cholesterol, vitamin B. Together with the molecule types A, B, C, and D, these are mixed in an organic solvent.
  • the constituents of the mixture according to the invention with the molecule types A and B are together with the optionally further, mixed molecules C, optionally D and optionally G simultaneously in an organic solvent, preferably in chloroform, methanol, ethanol, propanol, hexane, heptane or a mixture thereof, added in the desired weight ratio. After homogenization in the organic solvent, the organic solvent should be removed.
  • the dried mixture is taken up in an aqueous buffer solution, preferably at a pH around 7, and homogenized again. Then, advantageously, a liposome is formed which comprises the added types of molecules.
  • molecules of the molecule type E and F can also be added.
  • the mixtures are durable, for example at 4 0 C for at least one month.
  • the actual method provides that the fusion mixture with a cell medium z.
  • B. 1 100 (mixture: cell medium v / v) diluted, homogenized again and added to the cells.
  • the fusion is preferably generated in vivo. For this it is sufficient that the cells with the mixture for about 1 to 60 minutes, in tissue samples z. B. 60 to 120 minutes are brought into contact. A washing step of the cells should then be inserted.
  • the method is advantageously characterized by a particularly high fusion efficiency of at least 50%, preferably more than 70%, in particular more than 90%.
  • Membrane fusion is particularly not limited to single cell types, but provides an almost universal mechanism as set forth in Table 2. Even dense tissue samples can be successfully treated by prolonged incubation. The method is therefore particularly advantageous very versatile.
  • the vesicular volumes in the form of type of molecule F are introduced into the cell, which can be advantageously used to introduce soluble molecules, ions, proteins or DNA into the cytoplasm of the cell.
  • Molecule type F is therefore in the true sense not a component of the mixture of amphipathic types of molecules.
  • the biologically or pharmaceutically relevant molecule types D, E, or G can be incorporated into intact cell membranes.
  • the introduced in the cell membrane reactive groups of the molecule type D can, for. B. be used for coupling reactions.
  • Additional membrane E-type molecules can be incorporated into the cell membrane, such as peptides or proteins.
  • the mixture of the invention and the method of the present invention provide ways to perform analyzes in a variety of basic research fields, such as the diffusion analysis of molecules incorporated into intact cell membranes, the characterization of lipid micro and nanodomains, also known in the literature as lipid rafts, or the investigation of the regulation and transport pathways of membrane molecules in the cell.
  • the system for example, the medically highly relevant, targeted marking of certain cell types z.
  • certain inventive amphiphatic mixtures of the molecule types A, B, (C), D with TNF ⁇ can therefore be used as medicaments and at the same time in the targeted labeling and treatment of cancer cells.
  • Table 2 Summary of cell modification experiments using the fusion mixture.
  • BODIPY FL DHPE JV- (4,4-difluoro-5,7-dimethyl-4-borora-3a, 4a-diaza-s-indacene-3-propionyl) -1,3-dihexadecanoyl-sw-glycero-S-phosphoethanolamine , (Triethylammonium salt) DiO: DiOC 18 (3) 3,3'-dioctadecyloxacarbocyanine perchlorate
  • Fluorescein-DHPE 1, 2-Dioleoyl-.sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N- (carboxyfluorescein) (ammonium salt)
  • LR-DHPE lissamine rhodamine B 1 ⁇ -dihexadecanoyl-stt-glycero-S-phosphoethanolamine, (triethylammonium salt)
  • LR-DOPE lissamine rhodamine B l, 2-diolenoyl-5-glycero-3-phosphoethanolamine, (triethylammonium salt)
  • NBD-DOPE N- (7-nitrobenz-2-oxa-1,3-diazol-4-yl) -l, 2-diolenoyl-1-glycero-3-phosphoethanolamine (triethylammonium salt)
  • Pyrene-DOPE 1, 2-Dioleoyl-5-glycero-3-phosphoethanolamine-N- (1-pyrenesulfonyl) (ammonium salt)
  • Texas Red-DHPE Texas Red 1, 2-Dihexadecanoyl-i-glycero-3-phosphoethanolamine (triethylammonium salt)
  • DG To molecular types DG:
  • BR-TRITC bacteriorhodopsin from Halobacterium salinarum gelabeled with tetramethylrhodoin isothiocyanate mixed isomers as molecule type E
  • DOGS-NTA 1, 2-Dioleoyl-5'-glycero-3 - [(N- (5-amino-1-carboxypentyl) iminodiacetic acid) succinyl] (nickel salt) as molecular species
  • D. capBioDOPE 1-dioloyl-SM -Glycero ⁇ -phosphoethanolamine-N-cap-biotin as molecule type D
  • B FL-SM N- (4,4-difluoro-5,7-dimethyl-4-bora-3a, 4a-diaza-s-indacene-3-dodecanoyl) sphingosyl phosphocholine as the molecular species
  • D GPA-TRITC glycophorin A (MNS blood group) labeled with tetramethylrhodamine isothiocyanate mixed isomers as molecule type E.
  • BSMC Bronchial smooth muscle cells
  • ESMC Embryonic smooth muscle cells
  • HEK Human Embryonic Kidney, HEK293 h.
  • Fibroblasts human fibroblasts
  • Keratinocytes human keratinocytes
  • Macrophages human macrophages
  • Myofibroblasts cardiac fibroblasts of rat neurons: embryonic cortical neurons of rat R37: breast cancer cell line pericardium: rat embryonic heart bag Miscellaneous to Table 2:
  • TNF TNF ⁇ -His tag: tumor necrosis factor linked with ⁇ xhistidine repeat
  • Fig. 3 Corresponds to line 25 in Table 2.
  • DOPE molecule type C
  • DOTAP type of molecule A
  • HPC molecule type B
  • BR- TRITC molecule type E
  • the green-labeled lipid mixture (type of molecule AC) ( ⁇ -Bodipy channel) and the red-labeled channel protein (molecule type E) (TRITC channel) were incorporated into the cell membrane.
  • Scale 20 ⁇ m
  • 4 Corresponds to line 25 in Table 2.
  • Fig. 5 Corresponds to line 16 in Table 2.
  • FIG. 7 corresponds to row 23 in table 2.
  • DOPE type of molecule C
  • DOTAP type of molecule A
  • TexasRedDHPCC type of molecule B
  • capBioDOPE molecule type D
  • Figure 8 Corresponds to row 24 in Table 2.
  • DOPE molecule type C
  • DOTAP molecule type A
  • TexasRedDHPC molecule type B
  • B FL-SM molecule type D
  • the images indicate a successful incorporation of the phospholipids (TexasRed channel) as well as the sphingolipids (BFL channel).
  • Scale 20 ⁇ m
  • Figure 9 Corresponds to row 47 in Table 2.
  • Fig. 1 shows three ways of cell membrane modification according to the invention. Each path is executed in another embodiment.
  • Path 1 from FIG. 1 cell membrane modification by mixing the varieties AC and introducing Ca 2+ ions as type F into the lumen of cells.
  • Human Embryonic Kidney (HEK293) (DSMZ Germany) cells were grown in DMEM medium (Sigma Aldrich, St. Luis, Mo., USA) at a cell density of 30,000 cells per cell culture dish (0-3.5 cm) in Fluo-4 AM-Ca 2 + Indicator (Invitrogen, Eugene, OR, USA) in (l ⁇ g / ml) for 30 minutes. After incubation, the cells were washed with DMEM medium and incubated with a fusion mixture according to the invention for 30 minutes.
  • DMEM medium Sigma Aldrich, St. Luis, Mo., USA
  • Fluo-4 AM-Ca 2 + Indicator Invitrogen, Eugene, OR, USA
  • the fusion mixture according to the invention consists of a lipid mixture of 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine (DOPE: molecular grade C), 1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium-propane (DOTAP: molecular grade A) (both Avanti Polar Lipids Inc., Alabama, AL, USA), Lissamine Rhodamine B1, 2-Dihexadecanoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine (LR-DHPE: Type B molecule with group R) (Invitrogen) in the weight ratio of DOPE / DOTAP / LR-DHPE (1/1 / 0.1 wt / wt).
  • the lipid components were first homogeneously mixed in chloroform (VWR, Darmstadt, Germany). Subsequently, the solution was dried in vacuo for 30 to 60 minutes at room temperature. The lipid molecules were resuspended in a buffer solution of 20 mM (2- [4- (2-hydroxyethyl) -l-piperazinyl] -ethanesulfonic acid) (HEPES buffer) (VWR) and 1 mM CaCl 2 as the molecular species F (VWR) in a 2 mg lipid / ml buffer and homogenized in an ultrasonic bath (80-100 W) for 20 minutes at room temperature. The mixture is thus present as a liposome. This mixture is stable for about 1 month in the refrigerator at 4 ° C and reusable after a repeated Homogenticians Republic.
  • the cells are incubated in the inventive fusion process for 10 to 30 minutes with the inventive mixture at 37 ° C and 5% CO 2 . Thereafter, the cells were washed with DMEM medium and the fusion of the reagent with the cell membrane was checked on a fluorescence microscope (LSM 710 from Carl Zeiss Microimaging GmbH, Jena) (FIG. 2).
  • the red fluorescent lipid molecules of molecule type B are incorporated into the cell membrane of HEK293 cells.
  • the cell membrane under a fluorescent microscope well visible (see Fig. 2 - LissRhod channel).
  • the images and associated counts show a fusion efficiency above 80%, ie more than 80% of all cells fused with the mixture / liposome according to the invention.
  • HEK293 cells were treated identically except that the vesicle lumen was filled with 20 mM HEPES instead of 1 mM CaCl 2 buffer.
  • the Ca 2+ indicator showed a significantly lower Ca 2+ concentration in the cells (not shown).
  • Cardiac fibroblasts were isolated from embryonic (day 19) rat hearts and in FlO urinary medium (Sigma Aldrich, St. Luis, MO, USA) at a density of 20,000 cells per cell culture dish (0 3.5 cm) at 37 ° C and 5% CO 2 incubated. Over a period of 6 days, the cardiac fibroblasts differentiated into myofibroblasts and were used in the subsequent method according to the invention.
  • the myofibroblasts were prepared in a fusion mixture of 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine (DOPE: molecular grade C), 1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium propane (DOTAP: molecular grade A) (both from Avanti Polar Lipids Inc. Alabama, AL, USA) and 2- (4,4-difluoro-5-methyl-4-bora-3a, 4a-diaza-5'-indacene-3-dodecanoyl) -1-hexadecanoyl-SH-glycero.
  • DOPE 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine
  • DOTAP 1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium propane
  • 2- (4,4-difluoro-5-methyl-4-bora-3a, 4a-diaza-5'-indacene-3-dodecanoyl) -1-hex
  • 3-phosphocholines ⁇ -BODIPY C 12 -HPC: Type B of B vitamins from Invitrogen (Eugene, OR, USA) in the weight ratio 1/1 / 0.1 in a final concentration of 20 ⁇ g lipid / ml medium and fluorescence-labeled channel protein (bacteriorhodopsin of Halobacterium Sainarium (Sigma Aldrich) -Tetramethylrhodamine isothiocyanate (Sigma Aldrich)) (BR-TRITC: molecule type E) 0.4 ng / ml).
  • the mixture according to the invention was prepared in the following manner.
  • the lipid components type of molecule AC
  • VWR chloroform
  • Path 3 from FIG. 1 cell membrane modification by mixing the varieties A-D for protein binding on the cell membrane surface, principles of a novel tumor treatment and a medicament therefor.
  • HEK 293 Human Embryonic Kidney (HEK 293) (DSMZ, Germany) cells were grown in RPMI medium (Sigma Aldrich, St. Luis, Mo., USA) at a cell density of 40,000 cells per cell culture dish (0 3.5 cm) at 37 ° C and 5 % CO 2 incubated and used at a confluence density of about 90% in the subsequent steps.
  • DOPE 2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine
  • DOTAP 2-dioleoyl-3-trimethylammonium-propane
  • the fusion mixture was prepared in the following manner.
  • the lipid components (molecule types A to D) were homogeneously mixed first in chloroform (VWR, Darmstadt, Germany). Subsequently, the solution was dried in vacuo for 30 to 60 minutes.
  • the lipid molecules were resuspended in a buffer solution of 20 mM (2- [4- (2-hydroxyethyl) -1- piperazinyl] -ethanesulfonic acid) (HEPES buffer) (VWR) in a final concentration of 2 mg lipid / ml buffer and homogenized in an ultrasonic bath (80-100 W) for 20 minutes.
  • the mixture is thus present as a liposome.
  • This mixture is stable for about 1 month in the refrigerator at 4 ° C and after a repeated Homogenticians Republic reusable.
  • Fig. 5 shows such a check and indicates a fusion efficiency above 80%. This efficiency was determined by counting the microscopic images.
  • the cells were bound in a solution of Tumor Necrosis Factor- ⁇ to a ⁇ xhistidine repeat (TNFa- His-tag) (ProSpec, Rehovot , Israel) at the concentration of 1 to 5 ng / ml of RPMI medium for about 20 minutes, incubated at 37 ° C. and 5% CO 2 .
  • Tumor Necrosis Factor- ⁇ to a ⁇ xhistidine repeat (TNFa- His-tag) (ProSpec, Rehovot , Israel) at the concentration of 1 to 5 ng / ml of RPMI medium for about 20 minutes, incubated at 37 ° C. and 5% CO 2 .
  • TNF ⁇ functions as a macrophage activating factor in the body and is the major factor in the immune system's recognition and control of cancer cells.
  • differentiated macrophages were used. Human monocytes were obtained from blood by Leukoseptsystem (Greiner bio-one, Kremsmuenster, AU) and Biocoll separation medium (Biochrom, Cambridge, UK). After centrifugation at 1000 g, 10 minutes were monocytes harvested from the interphase formed and subsequently washed with phosphate buffer (PBS from Sigma Aldrich).
  • PBS phosphate buffer
  • Monocytes were picked up in RPMI medium (Sigma Aldrich) and incubated at 37 ° C and 5% CO 2 . After 2 days, 0.1 ng / ml granulocyte macrophage colony stimulation factor (G-MCF from Sigma Aldrich) was added to the monocytes. After another 3 days, inactive macrophages differentiated from monocytes.
  • G-MCF granulocyte macrophage colony stimulation factor
  • the macrophages thus obtained were then plated out on a HEK 293 cell lawn, which should carry the recognition signal for macrophages by means of the fusion and subsequent incubation with TNF ⁇ -His-tag. Upon detection, the cellular immune response in macrophages should be induced and HEK 293 cells lysed.
  • HEK cells were treated identically, except that the amphipathic molecule with reactive head group of molecule type D (DOGS-NTA) was released from the fusion mixture. Both batches were incubated for 24 hours and subsequently analyzed by light microscopy (LSM 710 from Carl Zeiss Microimaging GmbH, Jena).
  • Figure 6 shows the detection and lysis of HEK293 cells (formation of plaques) only on the cells incubated with DOGS-NTA (molecule type D) in the fusion mixture.
  • DOGS-NTA molecule type D
  • Cardiac fibroblasts were isolated from embryonic (day 19) rat hearts and in FlO urinary medium (Sigma Aldrich, St. Luis, MO, USA) at a density of 20,000 cells per cell culture dish (0 3.5 cm) at 37 ° C and 5% CO 2 incubated. Over a period of 6 days, the cardiac fibroblasts differentiated into myofibroblasts and were used in the subsequent method according to the invention.
  • the myofibroblasts were directly incubated in a fusion mixture comprising 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine (DOPE: molecular grade C), 1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium-propane (DOTAP: molecular grade A), both by Avanti Polar Lipids Inc.
  • DOPE 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine
  • DOTAP 1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium-propane
  • the fusion mixture was prepared in the following manner.
  • the lipid components (molecule types A to D) were first homogeneously mixed in chloroform (VWR, Darmstadt, Germany). Subsequently, the solution was dried in vacuo for 30 to 60 minutes.
  • the lipid molecules were resuspended in a buffer solution of 20 mM (2- [4- (2-hydroxyethyl) -l-piperazinyl-1-ethanesulfonic acid) (HEPES buffer) (VWR) to a final concentration of 2 mg lipid / ml buffer and sonicated (80-100 W) homogenized for 20 minutes.
  • the mixture is thus present as a liposome.
  • This mixture is stable for about 1 month in the refrigerator at 4 ° C and reusable after a repeated homogenization step.
  • the cells were washed with FlO Ham's medium medium (Sigma Aldrich) and the fusion of the reagent with the cell membrane on the fluorescence microscope (LSM 710 from Carl Zeiss Microimaging GmbH, Jena) checked.
  • FlO Ham's medium medium Sigma Aldrich
  • Fig. 7 shows such a check and indicates a fusion efficiency above 80%. This efficiency was determined by counting with the help of microscopic images.
  • the cells in a solution of streptavidin / streptavidin-AlexaFluoro488 (both from Invitrogen, Eugene, OR, USA) 100/1 mol / mol% in the total protein concentration of 1 mg / ml FlO urinary medium for about 20 minutes, incubated at 37 ° C and 5% CO 2 .
  • Residues of the protein were removed from the suspension by a three-time wash with FlO Ham's medium.
  • Figure 7 shows a clear colocalization of phospholipid (red) and cell surface bound proteins (green). Another embodiment for cell membrane modification by mixing the grades A-D to modify the cell membrane composition:
  • Cardiac fibroblasts were isolated from embryonic (day 19) rat hearts and resuspended in FlO Ham's medium (Sigma Aldrich, St. Luis, Mo., USA) at a density of 20,000 cells per cell culture dish (0-3.5 cm) at 37 ° C and 5%. CO 2 incubated. Over a period of 6 days, the cardiac fibroblasts differentiated into myofibroblasts and were used in the subsequent method according to the invention.
  • the myofibroblasts were directly incubated in a fusion mixture comprising 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine (DOPE: molecular grade C), 1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium-propane (DOTAP: molecular grade A), both by Avanti Polar Lipids Inc.
  • DOPE 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine
  • DOTAP 1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium-propane
  • B FL-SM molecular type D
  • the fusion mixture was prepared in the following manner.
  • the lipid components (molecule types A to D) were homogeneously mixed first in chloroform (VWR, Darmstadt, Germany). Subsequently, the solution was dried in vacuo for 30 to 60 minutes.
  • the lipid molecules were resuspended in a buffer solution of 20 mM (2- [4- (2-hydroxyethyl) -l-piperazinyl] ethanesulfonic acid) (HEPES buffer) (VWR) to a final concentration of 2 mg lipid / ml buffer and incubated in Ultrasonic bath (80-100 W) homogenized for 20 minutes.
  • the mixture is thus present as a liposome.
  • This mixture is stable for about 1 month in the refrigerator at 4 ° C and reusable after a repeated Homogenticians Republic.
  • 5 ⁇ l of this fusion mixture was diluted 100 times with FlO Ham's medium medium (Sigma Aldrich) and homogenized again for 5 to 10 minutes by means of ultrasound (80-100 W) before addition to a cell culture dish with myofibroblasts. All preparation steps were carried out at room temperature.
  • the cells were washed with FlO Ham's medium medium (Sigma Aldrich) and the fusion of the reagent with the cell membrane was checked on the fluorescence microscope (LSM 710 from Carl Zeiss Microimaging GmbH, Jena).
  • Fig. 8 shows such a check in the context of the embodiment and the incorporation of the phospholipid molecules (Texas Red-DHPE) and the sphingolipids (BFL-SM) in the plasma membrane of a myofibroblast.
  • Route 4 Cell membrane modification by mixing varieties A-C on tissue samples:
  • the lipid components (molecule type A to C) were homogeneously mixed first in chloroform (VWR, Darmstadt, Germany). Subsequently, the solution was dried in vacuo for 30 to 60 minutes. The lipid molecules were resuspended in a buffer solution of 20 mM (2- [4- (2-hydroxyethyl) -l-piperazinyl] ethanesulfonic acid) (HEPES buffer) (VWR, Darmstadt, Germany) to a final concentration of 2 mg lipid / ml Buffer recorded and homogenized in an ultrasonic bath (80-100 W) for 20 minutes. The mixture is again present as a liposome stable at 4 ° C.
  • FIG. 10 corresponds to FIG. 2.
  • FIG. 12 corresponds to FIG. 3.
  • FIG. 13 corresponds to FIG. 4.
  • FIG. 14 corresponds to FIG. 5.
  • FIG. 15 corresponds to FIG.
  • FIG. 16 corresponds to FIG. 7.
  • FIG. 17 corresponds to FIG. 8.
  • FIG. 18 corresponds to FIG. 9.

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Abstract

The invention relates to a mixture of amphipathic molecules and to a method for modifying cells in vivo by means of membrane fusion using said molecules.

Description

B e s c h r e i b u n g  Description
Mischung amphipathischer Moleküle und Verfahren zur  Mixture of Amphipathic Molecules and Methods for
Zellmembranmodifikation durch Fusion  Cell membrane modification by fusion
Die Erfindung bezieht sich auf eine Mischung amphipathischer Moleküle und ein Verfahren zur Zellmembranmodifikation durch Fusion mit diesen Molekülen. The invention relates to a mixture of amphipathic molecules and a method for cell membrane modification by fusion with these molecules.
Stand der Technik State of the art
Aus der Veröffentlichung von Simberg et al. (D. Simberg, Weisman S., Talmon, Y, Baren- holz (2004) DOTAP (and Other Cationic Lipids): Chemistry Biophysics, and Transfection. Crit. Reviews in Therap. Drug Carr. Systems, 2004, 21, 257-317.) ist bekannt, dass kationische Lipide, wie z. B. DOTAP gemischt mit anderen Phospholipiden, wie z. B. DOPE (S. W. Hui, M. Langner, Y. Zhao, P. Ross, E. Hurley, and K. Chan (1996) The RoIe of Helper Lipids in Cationic Liposome-Mediated Gene Transfer. Biophysical Journal, 1996, 71, 590-599.) für das Einschleusen von DNA in Zellen (Transfektion) verwendet werden können. Der Weg, wie diese Partikel durch die Zellen aufgenommen wird, ist die Endozytose, wie aus Weijun et al. bekannt (Weijun Li and Francis C. Szoka Jr. 2007. Lipid-based Nanoparticles for Nucleic Acid Delivery. Pharmaceutical Research, 24, 438-449.). Dieser Weg erweist sich als besonders ineffizient, da nur 1 bis 10 % der in Liposomen eingeschlossenen DNA durch die Zellen aufgenommen werden. Eine Modifizierung dieser Mischungen mit weiteren Proteinen, wie z. B. Transferrin ist aus Sakaguchi et al. bekannt (N. Sakaguchi, Ch. Kojima, A. Harada, K. Koiwai and K. Kono, 2008. The correlation between fusion capability and transfection activity in hybrid complexws of lipoplexes and pH-sensitive liposomes. Biomaterials 29, 4029-4036). From the publication by Simberg et al. (D. Simberg, Weisman S., Talmon, Y, Barenholz (2004) DOTAP (and Other Cationic Lipids): Chemistry Biophysics, and Transfection. Crit. Reviews in Therap. Drug Carr. Systems, 2004, 21, 257- 317.) it is known that cationic lipids, such as. B. DOTAP mixed with other phospholipids, such as. B. DOPE (SW Hui, M. Langner, Y. Zhao, P. Ross, E. Hurley, and K. Chan (1996) The Roel of Helper Lipids in Cationic Liposome-Mediated Gene Transfer, Biophysical Journal, 1996, 71, 590-599.) Can be used for the introduction of DNA into cells (transfection). The way these particles are taken up by the cells is endocytosis, as shown by Weijun et al. (Weijun Li and Francis C. Szoka Jr. 2007. Lipid-based Nanoparticles for Nucleic Acid Delivery., Pharmaceutical Research, 24, 438-449.). This pathway is particularly inefficient because only 1 to 10% of the liposome-entrapped DNA is taken up by the cells. A modification of these mixtures with other proteins, such. B. Transferrin is from Sakaguchi et al. Sakaguchi, Ch. Kojima, A. Harada, K. Koiwai and K. Kono, 2008. The correlation between fusion capability and transfection activity in hybrid complexws of lipoplexes and pH-sensitive liposomes., Biomaterials 29, 4029-4036). ,
Eine weitere Modifikation einer Fusionsmischung erfolgt durch die Bindung viraler Kompo- nenten auf der Oberfläche der Carrierpartikel. Nachteilig an diesem Verfahren ist der Aufwand und Kosten mit der die Komplexe hergestellt werden müssen. Ein weiteres Fusionssystem ist aus Gopalakrishnan et al. (G. Gopalakrishnan, C. Daneion, P. Izewska, M. Prummer, P. -Y. Bolinger, I. Geissbühler, D. Demurtas, J. Dubochet, and H. Vogel (2006) Multifunctional Lipid/Quantum Dot Hybrid Nanocontainers for Controlled Targeting of Live Cells. Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 5478 -5483.) bekannt. Die Autoren be- schreiben die Fusion einer lebenden Zellmembran mit einer Vesikelstruktur aus DMPE, DOTAP, DPPE-PEG2000 und Quantum- Nanodots. Der Nachteil des Verfahrens ist, dass biologisch nicht abbaubare Teilchen (Quantum- Nanodots) verwendet werden. Dadurch sind weitere medizinische oder pharmazeutische Verwendungen ausgeschlossen. A further modification of a fusion mixture is effected by the binding of viral components on the surface of the carrier particles. A disadvantage of this process is the complexity and cost with which the complexes must be prepared. Another fusion system is known from Gopalakrishnan et al. (G. Gopalakrishnan, C. Daneion, P. Izewska, M. Prummer, P.-Y. Bolinger, I. Geissbühler, D. Demurtas, J. Dubochet, and H. Vogel (2006) Multifunctional Lipid / Quantum Dot Hybrid Nanocontainers for Controlled Targeting of Live Cells, Angew Chem. Int. Ed. 2006, 45, 5478-5483.). The authors describe the fusion of a living cell membrane with a vesicle structure of DMPE, DOTAP, DPPE-PEG2000, and quantum nanodots. The disadvantage of the method is that non-biodegradable particles (quantum nanodots) are used. As a result, further medical or pharmaceutical uses are excluded.
Somit sind die Verfahren nach dem Stand der Technik nachteilig ineffizient oder für die ZeI- len mit hohem Stress verbunden. Zusätzlich müssen sie für jeden Zelltyp optimiert werden und sind dadurch arbeits- und kostenintensiv. Thus, the prior art methods are disadvantageously inefficient or associated with high stress strains. In addition, they must be optimized for each cell type and are therefore labor-intensive and cost-intensive.
Aufgabe und Lösung der Erfindung Task and solution of the invention
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Molekülmischung bereit zu stellen, die zu einer effizienten Fusion mit Zellmembranen auch in vivo führt. Ferner ist es die Aufgabe der Erfin- düng, ein Verfahren zur effizienten in vivo Zellmembranmodifikation durch Fusion mit einer Molekülmischung bereit zu stellen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, Verwendungsmöglichkeiten für die Molekülmischung bei der Modifikation von Zellen aufzuzeigen.  The object of the invention is therefore to provide a molecule mixture which leads to an efficient fusion with cell membranes also in vivo. It is a further object of the invention to provide a method for efficient in vivo cell membrane modification by fusion with a molecular mixture. Another object of the invention is to demonstrate uses for the molecular mixture in the modification of cells.
Die Aufgabe wird durch eine Mischung nach Anspruch 1 und durch das Verfahren zur in vivo Zellmembran- )modifikation und durch die auf diese Weise bereitgestellten Zellen gemäß Nebenansprüche gelöst. Das Verfahren basiert auf einer Membranfusion zwischen einer beliebigen Zellmembran mit einer erfindungsgemäßen Mischung amphipathischer Moleküle. Hierdurch können biologisch oder pharmazeutisch relevante Moleküle in das Zellinnere und/ oder in die Zellmembran mittels Fusion eingebaut und/ oder auch auf deren Oberfläche an sie angekoppelt werden. Die Mischung ist an Einzelzellen als auch vorteilhaft an Geweben oder Gewebeschnitten einsetzbar. The object is achieved by a mixture according to claim 1 and by the method for in vivo Zellmembran-) modification and by the cells provided in this way according to subsidiary claims. The method is based on membrane fusion between any cell membrane with a mixture of amphipathic molecules according to the invention. As a result, biologically or pharmaceutically relevant molecules can be incorporated into the cell interior and / or into the cell membrane by means of fusion and / or also coupled to the surface thereof. The mixture can be used on individual cells as well as advantageously on tissues or tissue sections.
Die Fusionsmischung The fusion mixture
Die Mischung amphipathischer Moleküle weist eine amphipathische Molekülsorte A, welche im hydrophilen Bereich eine positive Gesamtladung trägt, auf, und eine amphipathische Mo- lekülsorte B, welche im hydrophilen und/oder im hydrophoben Bereich ein delokalisiertes Elektronensystem ausbildet. The mixture of amphipathic molecules has an amphipathic type of molecule A, which carries a positive total charge in the hydrophilic region, and an amphipathic molecule. Lekülsorte B, which forms a delocalized electron system in the hydrophilic and / or hydrophobic region.
Eine Molekülsorte B mit einem delokalisierten Elektronensystem umfasst daher erfindungsgemäß mindestens ein (oder auch mehrere) zyklisches Strukturmotiv, welches durch konju- gierte Doppelbindungen und/oder freie Elektronenpaare und / oder unbesetzten p-Orbitale ausgebildet werden. Diese folgen der Hückel-Regel. A type of molecule B with a delocalized electron system therefore comprises according to the invention at least one (or even more) cyclic structural motif, which are formed by conjugated double bonds and / or lone pairs of electrons and / or unoccupied p orbitals. These follow the Hückel rule.
Besonders vorteilhaft weisen kovalent gebundene Nachbaratome der Molekülsorte B im delokalisierten Elektronensystem einen Elektronegativitätsunterschied (Δχ) von größer oder gleich 0,4 auf. Eine Molekülsorte B, die diesen Regeln genügt steigert die Fusionseffizienz. Ferner ist es vorteilhaft, dass in der Molekülsorte B am hydrophoben oder hydrophilen Bereich eine Gruppe R gebunden ist, welche das delokalisierte Elektronensystem ausbildet. Covalently bonded neighboring atoms of the molecule type B in the delocalized electron system particularly advantageously have an electronegativity difference (Δχ) of greater than or equal to 0.4. A type of molecule B that complies with these rules increases the fusion efficiency. Furthermore, it is advantageous that in the molecule type B at the hydrophobic or hydrophilic region a group R is bound, which forms the delocalized electron system.
In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Mischung l,2-Dioleoyl-3- Trimethylammonium-Propan (DOTAP) als Molekülsorte A. In one embodiment of the invention, the mixture comprises l, 2-dioleoyl-3-trimethylammonium propane (DOTAP) as molecule type A.
Die Molekülsorte B wird in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung durch ein Phospholi- pid, an dem ein Fluoreszenzfarbstoff mit delokalisiertem Elektronensystem gebunden ist, ausgebildet. Es kann aber auch ein anderer Farbstoff, z. B. ein Azofarbstoff, an einem Phospholi- pid gebunden sein. In a further embodiment of the invention, the molecule type B is formed by a phospholipid to which a fluorescence dye with delocalized electron system is bound. But it can also be another dye, for. An azo dye, to be bound to a phospholipid.
Als Phosholipid der Molekülsorte B ist in der Mischung insbesondere l-Hexadecanoyl-2- Dodecanoyl-stt-Glycero-S-Phosphocholin oder 1 ,2-Dihexadecanoyl-^«-Glycero-3- Phosphoethanolamin, oder l,2-Dioleoyl-57ϊ-Glycero-3-Phosphoethanolamin vorgesehen. As phospholipid of the molecule type B, in particular l-hexadecanoyl-2-dodecanoyl-stt-glycero-S-phosphocholine or 1,2-dihexadecanoyl-1-glycero-3-phosphoethanolamine, or 1,2-dioleoyl-57-ol Glycero-3-phosphoethanolamine provided.
Das delokalisierte Elektronensystem in der Molekülsorte B wird vorteilhaft durch eine Gruppe R ausgebildet, wie nachfolgend angegeben: 2-(4,4-Difluoro-5-Methyl-4-Bora-3a,4a-Diaza- 5-Indacene-3-Dodecanoyl) oder iV-(4,4-Difluoro-5,7-Dimethyl-4-Bora-3a,4a-Diaza-5'- Indacene-3-Propionyl) oder Lissamine Rhodamine B Sulfonyl oder (5-( Chlorosulfonyl)- 2-( IH, 2H, 3H, 5H, 6H, 7H, 1 IH, 12H, 13H, 15H, 16H, 17H- pyrido[ 3, 2, 1- ij] quinolizino[ 1', 9': 6, 7, 8] chromeno[ 2, 3- f] quinolin- 4- ium- 9- yl) benzenesulfonate oder 7-Nitro-2-l,3- Benzoxadiazol-4-yl oder Carboxyfluorescein oder 1-Pyrensulfonyl. The delocalized electron system in the molecule type B is advantageously formed by a group R, as indicated below: 2- (4,4-difluoro-5-methyl-4-bora-3a, 4a-diaza- 5-indacene-3-dodecanoyl) or iV- (4,4-difluoro-5,7-dimethyl-4-bora-3a, 4a-diaza-5'-indacene-3-propionyl) or Lissamine Rhodamine B sulfonyl or (5- (chlorosulfonyl) -2- (IH, 2H, 3H, 5H, 6H, 7H, 1H, 12H, 13H, 15H, 16H, 17H-pyrido [3, 2, 1-ij] quinolizino [1 ', 9 ': 6, 7, 8] chromeno [2, 3-f] quinolin-4-ium-9-yl) benzenesulfonate or 7-nitro-2-l, 3-benzoxadiazol-4-yl or carboxyfluorescein or 1-pyrensulfonyl ,
Die angegebenen Grundbestandteile der Molekülsorte B, das heißt z. B. die Phospholipide und die genannten Gruppen R sind frei miteinander kombinierbar, das heißt, dass jeder der Farbstoffe an einem Phospholipid gebunden werden kann. The specified basic components of the molecule type B, that is z. As the phospholipids and said groups R are freely combinable with each other, that is, that each of the dyes can be bound to a phospholipid.
Die Fusionsmischung hat weit reichende Vorteile gegenüber den bisher bekannten Fusionsmischungen. So ist die Mischung bei allen (Säugetier-)Zelltypen, und somit ubiquitär anwendbar. Die Mischung ist dabei hocheffizient (>50 %), und es treten durch die Fusion auch keine Schädigungen an den Zellen auf. Die Zellen sind daher nach der Fusion uneingeschränkt tei- lungsfähig. Die Mischung ist dabei auch an Gewebeschnitten anwendbar. Weitere Vorteile werden durch die Funktionalisierung der Zellmembran mit spezifischen Molekülen erzielt, wie unten z. B. im Weg 3. angegeben. The fusion mixture has far-reaching advantages over the previously known fusion mixtures. Thus, the mixture in all (mammalian) cell types, and thus ubiquitously applicable. The mixture is highly efficient (> 50%), and there are no damage to the cells due to the fusion. The cells are therefore fully chargeable after the merger. The mixture is also applicable to tissue sections. Further advantages are achieved by the functionalization of the cell membrane with specific molecules, as described below, for. B. in the way 3. indicated.
In der erfindungsgemäßen Mischung kann eine weitere amphipathische Molekülsorte C als Helfermolekül vorgesehen sein. In the mixture according to the invention, a further amphipathic type of molecule C can be provided as helper molecule.
Hierzu kann insbesondere l,2-Dioleoyl-5«-Glycero-3-Phosphoethanolamin (DOPE) als Molekülsorte C vorliegen. In particular, 1,2-dioleoyl-5-glycero-3-phosphoethanolamine (DOPE) can be present as molecule type C for this purpose.
Das bevorzugte Verhältnis zwischen den Molekülsorten A, B und C liegt bei etwa 1 :0,05- 0,2:1 wt/wt. The preferred ratio between the types of molecules A, B and C is about 1: 0.05-0.2: 1 wt / wt.
Die Mischung umfasst bis zu 99 % wt amphipathische Molekülsorte A, 40 % wt amphipathi- sehe Molekülsorte B (mit Gruppe R), und bis zu 70 % wt amphipathische Molekülsorte C. The mixture comprises up to 99% wt amphipathic molecule type A, 40% wt amphipathic type of molecule B (with group R), and up to 70% wt amphipathic type of molecule C.
Für das erfindungsgemäße Verfahren werden beliebige Mischungen in einem organischen Lösungsmittel gelöst und gut homogenisiert (z. B. Vortex, Ultraschall). Das Lösungsmittel wird entfernt, z. B. im Vakuum, und die getrocknete Mischung an Molekülsorten in einem wässrigen Puffer gelöst. Diese Mischung ist dauerhaft haltbar unter Kühlung. Besonders bevorzugt liegen die Molekülsorten A, B und C als Lipide vor. Dann bilden diese bei der Aufnahme in einem wässrigen Puffer ein Liposom aus. Liposome sind bevorzugt, da in hervorragender Weise weitere Molekülsorten in und an die Zellmembran angeordnet werden können und auch in das Liposom eingeschlossene Moleküle während der Fusion des Liposoms mit der Zellmembran in das Zellinnere eingebracht werden können. For the process according to the invention, any mixtures are dissolved in an organic solvent and homogenized well (eg vortex, ultrasound). The solvent is removed, for. In vacuo and the dried mixture of molecular species dissolved in an aqueous buffer. This mixture is durable while cooling. Particularly preferably, the molecule types A, B and C are present as lipids. These then form a liposome upon uptake in an aqueous buffer. Liposomes are preferred because in an excellent manner, further types of molecules can be arranged in and on the cell membrane, and also molecules incorporated in the liposome can be introduced into the cell interior during the fusion of the liposome with the cell membrane.
Ganz besonders bevorzugt liegt die Mischung daher als Liposom vor. Das erfindungsgemäße Liposom bewirkt besonders vorteilhaft, dass in diesem weitere Moleküle angeordnet werden können, die zu bevorzugten Modifikationen der Zellen fuhren können. Most preferably, therefore, the mixture is present as a liposome. The liposome according to the invention has a particularly advantageous effect in that further molecules can be arranged in it, which can lead to preferred modifications of the cells.
Es ist aber denkbar, Polymere an Stelle der Lipide als Molekülsorte A und/oder B und/oder C anzugeben. However, it is conceivable to specify polymers instead of the lipids as molecule type A and / or B and / or C.
Für das erfindungsgemäße Verfahren zur in vivo Zellmodifikation wird die ausgewählte Zelle mit seiner Zellmembran mit einer vorzugsweise gepufferten Mischung, bzw. Liposom, inFor the inventive method for in vivo cell modification, the selected cell with its cell membrane with a preferably buffered mixture, or liposome, in
Kontakt gebracht. Der Vorgang des in Kontaktbringens dauert vorteilhaft nur wenige Minuten, z. B. 1 bis 120, bevorzugt 10 bis 30 Minuten, während der Fusion. Einzelzellen werden vorteilhaft in kürzester Zeit nach dem Kontakt mit der Mischung, bzw. dem Liposom, hiermit fusioniert. Zellgewebe benötigen unter Umständen etwas länger, das heißt bis zu etwa 120 Minuten. Von der Fusion ist die Endozytose des Liposoms strikt zu unterscheiden. Brought in contact. The process of contacting takes advantageously only a few minutes, z. 1 to 120, preferably 10 to 30 minutes, during the fusion. Single cells are advantageously fused in a very short time after contact with the mixture, or the liposome, hereby. Cell tissues may take a little longer, that is, up to about 120 minutes. From the fusion, the endocytosis of the liposome is strictly distinguishable.
Das Verfahren weist im Vergleich zum Stand der Technik und für die Kürze der Kontaktzeit einen hohen Anteil an mit der Mischung oder dem Liposom fusionierten Zellen auf. Die Effizienz liegt daher vorteilhaft über 50 %. The method has a high proportion of cells fused to the mixture or liposome compared to the prior art and for the shortness of contact time. The efficiency is therefore advantageously over 50%.
Während des Verfahrens können verschiedene weitere Moleküle der erfindungsgemäßen Mi- schung zugeführt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren erweist sich diesbezüglich als vielseitig und robust. Damit ist gemeint, dass eine Vielzahl an verschiedenen funktionalen Molekülsorten einzeln oder auch gleichzeitig beigemischt werden können und so zur gewünschten Modifikationen der Zelle und nicht nur der Membran führen. Da es sich um ein vivo-System handelt, bleibt die Zelle funktionstüchtig. Beispielhaft kann eine amphipatische Molekülsorte D mit einer Funktionsgruppe im hydrophilen Bereich, insbesondere mit einer Chelatgruppe als Funktionsgruppe, der erfindungsgemäßen Mischung mit Molekülsorten A, B und gegebenenfalls C zugeführt werden. Dann umfasst die Mischung z. B. die Molekülsorten A, B, D und optional C. Die Funktionsgruppe wird während der Fusion der Mischung, bzw. des Liposoms, mit der Zellmembran der Zelle auf der Oberfläche der Zellmembran angeordnet. During the process, various other molecules can be added to the mixture according to the invention. The method according to the invention proves to be versatile and robust in this respect. By this is meant that a variety of different functional molecule types can be mixed individually or simultaneously and thus lead to the desired modifications of the cell and not only the membrane. Because it is a vivo system, the cell remains functional. By way of example, an amphipathic type of molecule D having a functional group in the hydrophilic region, in particular having a chelate group as functional group, can be supplied to the mixture according to the invention having molecular types A, B and optionally C. Then the mixture comprises z. As the molecule types A, B, D and optionally C. The functional group is placed during the fusion of the mixture, or the liposome, with the cell membrane of the cell on the surface of the cell membrane.
Mit diesem Ansatz kann die Oberfläche der Zellmembran spezifisch modifiziert und funktio- nalisiert werden. Die Funktionsgruppe ragt hierzu aus der Oberfläche der Zelle nach außen heraus und ist durch weitere chemische Gruppen gezielt modifizierbar. Dies kann in einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zur erfolgreichen Krebstherapie führen. With this approach, the surface of the cell membrane can be specifically modified and functionalized. For this purpose, the functional group protrudes outwards from the surface of the cell and can be selectively modified by further chemical groups. This can result in a particularly advantageous embodiment of the invention for successful cancer therapy.
Eine erfindungsgemäße Mischung umfasst daher zu diesem Zweck z. B. l,2-Dioleoyl-3- Trimethylarnmonium-Propan als Molekülsorte A und N-(4,4-Difluoro-5,7-Dimethyl-4-Bora- Sa^a-Diaza-Ä-Indacene-S-Propiony^-l^-Dihexadecanoyl-^n-Glycero-S-A mixture according to the invention therefore comprises for this purpose z. B. l, 2-Dioleoyl-3-trimethylamine-propane as the molecular species A and N- (4,4-difluoro-5,7-dimethyl-4-boron-Sa-a-diaza-A-Indacene-S-Propiony ^ -l ^ -Dihexadecanoyl- ^ n-glycero-S-
Phosphoethanolamine als Molekülsorte B und Triethylammonium Salz / 1 ,2-Dioleoyl-s«- Glycero-3-Phosphoethanolamin als Molekülsorte C und l,2-Dioleoyl-s«-Glycero-3-[(N-(5- Amino-l-Carboxypentyl)Iminodiacetic Acid)Succinyl] (Nickelsalz) als Molekülsorte D, z. B. in einem Mischungsverhältnis von 1:0,1 :1 :0,002 wt/wt. Die genannte, weitere Zellmodifikation erfolgt dann durch Zugabe von tumor necrosis factor (TNF)α, gebunden an ein όxHistidin repeat. Dies führt zur erfolgreichen Therapie von Krebs, wie unter Weg 3 (siehe unten) angegeben. Phosphoethanolamines as molecule type B and triethylammonium salt / 1, 2-dioleoyl-s «- glycero-3-phosphoethanolamine as molecule type C and l, 2-dioleoyl-s-glycero-3 - [(N- (5-amino-1-yl) Carboxypentyl) iminodiacetic acid) succinyl] (nickel salt) as molecule type D, e.g. In a mixing ratio of 1: 0.1: 1: 0.002 wt / wt. The said, further cell modification is then carried out by adding tumor necrosis factor (TNF) α, bound to a όxHistidin repeat. This leads to the successful therapy of cancer, as indicated under way 3 (see below).
Es kann eine amphipathische Molekülsorte E der Mischung zugeführt und während der Fusion in der Membran der Zelle angeordnet werden, insbesondere Bacteriorhodopsin oder GIy- cophorin A oder Integrin als Molekülsorte E. An amphipathic type of molecule E can be added to the mixture and, during the fusion, arranged in the membrane of the cell, in particular bacteriorhodopsin or glycophorin A or integrin as molecule type E.
Ferner kann eine auch nicht amphipathische, hydrophile Molekülsorte F in einer gepufferten Lösung einer vorab getrockneten Mischung zugeführt und während der Fusion in das Lumen der Zelle abgegeben werden. Mit Molekülsorte F sind insbesondere RNA, DNA, Ca2+, Peptid, Protein oder ein Arzneimittel, wie Azetylsalicylsäure, umfasst. Eine nicht amphipathische, hydrophobe Molekülsorte G kann ebenfalls gleichzeitig der Mischung zugeführt und während der Fusion in der Membran der Zelle angeordnet werden. Hiermit sind insbesondere Cholesterin, Vitamin A, D, E und K oder Arzneimittel, wie Kortison, umfasst. Furthermore, a non-amphipathic hydrophilic type of molecule F in a buffered solution can be added to a pre-dried mixture and released into the lumen of the cell during the fusion. With molecule type F, in particular RNA, DNA, Ca 2+ , peptide, protein or a medicament, such as acetylsalicylic acid, is included. A non-amphipathic hydrophobic type of molecule G can also be simultaneously added to the mixture and placed in the membrane of the cell during fusion. These include in particular cholesterol, vitamin A, D, E and K or drugs such as cortisone.
Alle Moleküslsorten A, B, C, D, gegebenenfalls G können in einem organischen Lösungsmittel gelöst und homogenisiert werden. Sodann können sie getrocknet, und in einem wässrigen Puffer gelöst und gelagert werden. Bei der Lösung im wässrigen Puffer können die genannten Molekülsorten E und / F zugemischt werden. Je nach Art der Molekülsorte können dabei vorteilhaft Liposome aus den Molekülsorten A, B, C, D, E, F, G gebildet werden. All types of molecules A, B, C, D, optionally G can be dissolved in an organic solvent and homogenized. They can then be dried and dissolved in an aqueous buffer and stored. In the solution in an aqueous buffer, the mentioned types of molecules E and / F can be added. Depending on the type of molecule, liposomes from the molecule types A, B, C, D, E, F, G can advantageously be formed.
Folgende Moleküle zur Herstellung einer Fusionsmischung zur Zellmembranmodifizierung durch Fusion mit der Membran können verwendet werden. Die nachfolgende Aufzählung ist nicht abschließend bzw. einschränkend. The following molecules for preparing a fusion mixture for cell membrane modification by fusion with the membrane can be used. The following list is not exhaustive or restrictive.
Ausführungsbeispiele zu Molekülsorte A: Exemplary embodiments of molecule type A:
Die Kriterien zum Molekül A sind, dass (a) das Molekül einen hydrophilen Bereich mit mindestens einer oder mehreren positiven Ladungen aufweist, so dass die Gesamtladung des hydrophilen Teils des Moleküls positiv ist. Die Aufgabe dieses Moleküls ist es, die Fusions- mischung durch elektrostatische Kräfte in der Nähe der negativ geladenen Zellmembran zu bringen, (b) Es weist zudem einen hydrophoben Bereich auf, vorzugsweise C10-C3O- Anteil mit oder ohne Doppelbindungen. Doppelbindungen bewirken vorteilhaft, dass die Membran des entstehenden Liposoms elastisch wird, so dass die Fusion des Liposoms mit der Zellmembran erleichtert wird, (c) Der Anteil der Molekülsorte A in der erfindungsgemäßen Mi- schung kann bis zu 99 wt/wt% betragen. The criteria for the molecule A are that (a) the molecule has a hydrophilic region with at least one or more positive charges so that the total charge of the hydrophilic part of the molecule is positive. The object of this molecule is to bring the fusion mixture by electrostatic forces in the vicinity of the negatively charged cell membrane, (b) It also has a hydrophobic region, preferably C 10 -C 30 -content with or without double bonds. Double bonds advantageously have the effect that the membrane of the liposome formed becomes elastic, so that fusion of the liposome with the cell membrane is facilitated. (C) The proportion of molecule type A in the mixture according to the invention can be up to 99 wt / wt%.
Geeignet sind Moleküle, wie z. B. l,2-Dioleoyl-3-Trimethylammonium-Propane (DOTAP), N-(2,3-Dioleyloxypropyl)-N, N, N-Trimetylammonium Chlorid (DOTMA), Dimetyl- Dioctadecyl Ammonium Bromid (DDAB), oder (l-[2-(Oleoyloxy)Ethyl]-2-Oleyl-3-(2- Hydroxyethyl)Imidazolinium Chloride (DOTIM). Als ein erstes Beispiel wird DOTAP (l,2-Dioleoyl-3-Trimethylammonium-Propane (Chloride SaIz)) genannt. Ausfuhrungsbeispiele zu Molekülsorte B: Suitable are molecules such. L, 2-dioleoyl-3-trimethylammonium-propanes (DOTAP), N- (2,3-dioleyloxypropyl) -N, N, N-trimethylammonium chloride (DOTMA), dimetyl-dioctadecyl ammonium bromide (DDAB), or ( 1- [2- (oleoyloxy) ethyl] -2-oleyl-3- (2-hydroxyethyl) imidazolinium chlorides (DOTIM). As a first example, DOTAP (1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium propane (Chloride SaIz)) is called. Exemplary embodiments of molecule type B:
Die Kriterien zur amphiphatischen Molekülsorte B als erfindungsgemäße Fusion induzierende Moleküle sind wie folgt, (a) Es muss einen hydrophilen Bereich mit oder vorzugsweise ohne Ladung haben, (b) und es muss einen hydrophoben Bereich, vorzugsweise C I0-C30- Anteil mit oder ohne Doppelbindungen aufweisen. Zur Funktion der Doppelbindungen siehe Sorte A. (c) Das Molekül weist eine Gruppe (R), entweder im hydrophoben und / oder im hydrophilenThe criteria for the amphipathic type of molecule B as fusion-inducing molecules according to the invention are as follows: (a) it must have a hydrophilic area with or preferably no charge, (b) and it must have a hydrophobic area, preferably C 10 -C 30 content with or have no double bonds. For the function of the double bonds, see variety A. (c) The molecule has a group (R), either hydrophobic and / or hydrophilic
Bereich auf, die ein delokalisiertes Elektronensystem aufweist. Damit ist ein zyklisches Strukturmotiv aus konjugierten Doppelbindungen und / oder freien Elektronenpaaren und / oder unbesetzten p-Orbitalen, gemeint. Area, which has a delocalized electron system. This means a cyclic structural motif of conjugated double bonds and / or lone pairs of electrons and / or unoccupied p orbitals.
Besonders bevorzugt ist in Gruppe R ein großer Elektronegativitätsunterschied zwischen ko- valent verbundenen Nachbaratomen. Dieser kann besonders vorteilhaft mindestens 0,4 (Δχ > 0,4) betragen. Dies dient einer erhöhten Polarisierbarkeit und beeinflusst die Fusion auf positive Weise, (d) Der Anteil der Fusion induzierenden Molekülsorte B in der Mischung kann bis zu 40 wt/wt% eingestellt werden. Particularly preferred in group R is a large difference in electronegativity between covalently connected neighboring atoms. This can be particularly advantageous at least 0.4 (Δχ> 0.4). This serves to increase polarizability and positively affect fusion, (d) The amount of fusion-inducing type B molecule in the mixture can be adjusted up to 40 wt / wt%.
Die nachfolgende Tabelle fasst einige relevante Gruppen R für die Moleküle der Sorte B zu- sammen. The table below summarizes some relevant groups R for the molecules of variety B.
Tabelle 1 : Zusammenfassung der Eigenschaften von Fusion induzierenden und nicht Fusion induzierenden Gruppen R gebunden an amphipatischen Molekülen B (z. B.: Phospholipiden, wie z. B. DHPE oder DOPE). Table 1: Summary of the properties of fusion inducing and non-fusion inducing groups R bound to amphipatic molecules B (eg: phospholipids, such as DHPE or DOPE).
a 1-sehr gut, 2-gut, 3 -befriedigend, 4-ausreichend, 5 -funktioniert kaum, 6-funktioniert nicht a 1-very good, 2-good, 3-satisfying, 4-sufficient, 5-hardly works, 6-does not work
Erstes Beispiel zu Molekülsorte B (P-BODIPY-CI2-HPC): First example of molecule type B (P-BODIPY-C I2 -HPC):
2-(4,4-Difluoro-5-Methyl-4-Bora-3a,4a-Diaza-,ϊ-Indacene-3-Dodecanoyl) ist ß-BODIPY und stellt die Gruppe R dar. Diese Gruppe R ist gebunden an l-Hexadecanoyl-2-Dodecanoyl-Λ1«- Glycero-3-Phosphocholine (C12-HPC). Beide zusammen ergeben die folgende Strukturformel: Hg)3 2- (4,4-Difluoro-5-methyl-4-bora-3a, 4a-diaza-, ϊ-indacene-3-dodecanoyl) is β-BODIPY and represents the group R. This group R is bound to l -hexadecanoyl-2-dodecanoyl-1 Λ «- glycero-3-phosphocholines (C 12 -HPC). Both together give the following structural formula: Hg) 3
Zweites Beispiel zu Molekülsorte B (BODIPY FL DHPE): Second example of molecule type B (BODIPY FL DHPE):
N-(4,4-Difluoro-5,7-Dimethyl-4-Bora-3a,4a-Diaza-^-Indacene-3-Propionyl) ist BODIPY-FL. Diese Gruppe R ist gebunden an DHPE (l,2-Dihexadecanoyl-,S77-Glycero-3- Phosphoethanolamine (Triethylammonium SaIz)). Beide zusammen ergeben nachfolgende Strukturformel: N- (4,4-difluoro-5,7-dimethyl-4-boro-3a, 4a-diaza - ^ -indacene-3-propionyl) is BODIPY-FL. This group R is bound to DHPE (1,2-dihexadecanoyl, S77-glycero-3-phosphoethanolamine (triethylammonium salt)). Both together give the following structural formula:
(CH3CH2J3NH (CH 3 CH 2 J 3 NH
Drittes Beispiel zu Molekülsorte B (1DiO'): Third example of molecule type B ( 1 DiO '):
DiOCi8(3)3,3'-Dioctadecyloxacarbocyanine Perchlorate. Dieses Molekül ist kein lipidgebun- dener Farbstoff wie die ersten beiden Moleküle B, sondern ein amphiphatisches Molekül per se der Strukturformel: DiOCi 8 (3) 3,3'-dioctadecyloxacarbocyanine perchlorate. This molecule is not a lipid-bonded dye as the first two molecules B, but an amphiphatic molecule per se of the structural formula:
Viertes Beispiel zu Molekülsorte B (LR-DOPE): Fourth example of molecule type B (LR-DOPE):
Lissamine Rhodamine B Sulfonyl ist Gruppe R. Diese ist gebunden an 1 ,2-Dioleoyl-s«- Glycero-3-Phosphoethanolamine (DOPE) als amphiphatisches Molekül. Beides ergibt die Strukturformel: Lissamine Rhodamine B sulfonyl is group R. This is bound to 1, 2-dioleoyl-s "- glycero-3-phosphoethanolamine (DOPE) as an amphiphatic molecule. Both give the structural formula:
Fünftes Ausfuhrungsbeispiel zu Molekülsorte B (Texas Red®-DHPE): Fifth Exemplary Embodiment for Molecule B (Texas Red®-DHPE):
Texas Red ist (5-( Chlorosulfonyl)- 2-( IH, 2H, 3H, 5H, 6H, 7H, 1 IH, 12H, 13H, 15H, 16H, 17H- pyrido[ 3, 2, 1- ij] quinolizino[ 1', 9': 6, 7, 8] chromeno[ 2, 3- f] quinolin- 4- ium- 9- yl) benzenesulfonate also Gruppe R. Dieses ist gebunden an l,2-dihexadecanoyl-s«-glycero-3- phosphoethanolamine und ergibt gemeinsam die Strukturformel: Texas Red is (5- (chlorosulfonyl) -2- (IH, 2H, 3H, 5H, 6H, 7H, 1H, 12H, 13H, 15H, 16H, 17H-pyrido [3, 2, 1-ij] quinolizino [ 1 ', 9': 6, 7, 8] chromeno [2, 3-f] quinolin-4-ium-9-yl) benzenesulfonates, ie group R. This is bonded to 1,2-dihexadecanoyl-s-glycero 3-phosphoethanolamines and together give the structural formula:
Sechstes Beispiel zu Molekülsorte B (NBD-DOPE): Sixth example of molecule type B (NBD-DOPE):
NBD ist (7-Nitro-2-l,3-Benzoxadiazol-4-yl) also Gruppe R. Dieses ist gebunden an 1,2- Dioleoyl-5«-Glycero-3-Phosphoethanolamine mit Strukturformel: NBD is (7-nitro-2-l, 3-benzoxadiazol-4-yl) also group R. This is bound to 1,2-dioleoyl-5'-glycero-3-phosphoethanolamines having a structural formula:
Siebtes Beispiel zu Molekülsorte B (Fluorescein-DOPE): Seventh example of molecule type B (fluorescein-DOPE):
Carboxyfluorescein ist Gruppe R und gebunden an l,2-Dioleoyl-5«-Glycero-3- Phosphoethanolamine mit der Strukturformel: Carboxyfluorescein is group R and attached to l, 2-dioleoyl-5'-glycero-3-phosphoethanolamines having the structural formula:
Achtes Beispiel zu Molekülsorte B (Pyrene - DOPE) Eighth example of molecule type B (Pyrene - DOPE)
1 -Pyrenesulfonyl ist Gruppe R und gebunden an l,2-Dioleoyl-.SM-Glycero-3- Phosphoethanolamine mit der Strukturformel: 1 -pyrenesulfonyl is group R and attached to l, 2-dioleoyl-.SM-glycero-3-phosphoethanolamines having the structural formula:
Neuntes Beispiel zu Molekülsorte B (ß-py-C10-HPC): Ninth example of molecule type B (ß-py-C 10 -HPC):
Pyrenedecanoyl ist Gruppe R gebunden an l-Hexadecanoyl-2-5«-Glycero-3-Phosphocholine mit der Strukturformel: Pyrenedecanoyl group R is attached to l-hexadecanoyl-2-5-glycero-3-phosphocholines having the structural formula:
Alle Gruppen R weisen eine delokalisierte Elektronenstruktur im Sinne der Erfindung auf.All groups R have a delocalized electronic structure in the sense of the invention.
Auf Grund der Delokalisierung liegt die Gruppe R in Molekülsorte B häufig als Farbstoff vor. Due to the delocalization, the group R in molecule type B is often present as a dye.
Es ist denkbar, dass die Gruppe R selbst durch einen hydrophoben Teil eines amphipathischen Moleküls und durch delokalisierte Doppelbindungen gebildet wird. It is conceivable that the group R itself is formed by a hydrophobic part of an amphipathic molecule and by delocalized double bonds.
Wie der Tabelle 1 zusätzlich zu entnehmen ist, ist die Fusionsqualität umso besser, je stärker die Unterschiede unmittelbar benachbarter Atome bezüglich ihrer Elektronegativität ist. In addition, as shown in Table 1, the greater the difference between the neighboring atoms in terms of their electronegativity, the better the fusion quality.
Nicht funktionieren tun hingegen nachfolgende Moleküle, wie z. B. capBio-DOPE: cap Biotinyl wäre Gruppe R gebunden an l^-Dioleoyl-sn-Glycero-S-Phosphoethanolamine mit der Strukturformel: Do not work, however, succeeding molecules, such as. CapBio-DOPE: cap biotinyl would be group R bound to 1-dioloyl-sn-glycero-S-phosphoethanolamines having the structural formula:
Ebenfalls nicht funktionieren tut PI : L-α-Phosphatidylinositol (Natrium Salz) Also does not work PI: L-α-phosphatidylinositol (sodium salt)
und and
Methoxy(Polyethylene Glycol)-2000 wäre Gruppe R gebunden an l,2-Dioleoyl-5Η-Glycero-3- Phosphoethanolamine (PEG2000-DOPE) mit der Strukturformel: Methoxy (Polyethylene glycol) -2000 would be group R bound to 1,2-dioleoyl-5Η-glycero-3-phosphoethanolamine (PEG2000-DOPE) having the structural formula:
Den drei letztgenannten Molekülen fehlt es an einer Delokalisierung der Elektronenstruktur. Dies zeigt, dass die erfindungsgemäße Mischung diese aufweisen muss. The last three molecules lack delocalization of the electronic structure. This shows that the mixture according to the invention must have these.
Wie beschrieben ist es denkbar, die positiven Eigenschaften der Molekülsorte A in Bezug auf die positive Ladung und die der Molekülsorte B in Bezug auf das delokalisierte Elektronensystem, bzw. in Bezug auf die Unterschiede in der Elektronnegativität in einem chemisch synthetisierten Molekül zu vereinigen. Dieses, den Erfindern bisher nicht bekannte Molekül, soll daher ebenfalls Gegenstand der Erfindung sein. As described, it is conceivable to combine the positive properties of the type of molecule A with respect to the positive charge and that of the type of molecule B with respect to the delocalized electron system, or with respect to the differences in the electronegativity in a chemically synthesized molecule. This, the inventors hitherto unknown molecule, therefore, should also be the subject of the invention.
Optional und zur weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Mischung sind folgende weitere Moleküle zur Herstellung einer Fusionsmischung bzw. für die Zellmembranmodifizierung möglich. Optionally, and for further advantageous embodiment of the mixture, the following further molecules are possible for producing a fusion mixture or for cell membrane modification.
Ausführungsbeispiele zu Molekülsorte C als Helfermolekül Exemplary embodiments of molecule type C as helper molecule
Die Kriterien zum Helfermolekül / Trägermolekül C sind: (a) Das Molekül muss einen hydrophilen Bereich sowie (b) einen hydrophoben Bereich (insbesondere Ci0-C30) mit oder ohne Doppelbindungen aufweisen. Zur Funktion der Doppelbindungen siehe Sorte A und/oder B. (c) Beide Bereiche sollen einen neutralen Charakter aufweisen, um die große La- dungsdichte und die abstoßenden Kräfte zwischen positiv geladenen Molekülen von Molekülsorte A zu neutralisieren. Dieser Effekt führt zur Stabilisierung des Systems, (d) Der Anteil des Trägermoleküls kann bis maximal 70 % wt/wt eingestellt werden. The criteria for helper molecule / carrier molecule C are: (a) The molecule must have a hydrophilic region and (b) a hydrophobic region (in particular Ci 0 -C 30 ) with or without double bonds. For the function of the double bonds, see variety A and / or B. (c) Both ranges should have a neutral character in order to avoid the large La density and the repulsive forces between positively charged molecules of molecule type A to neutralize. This effect leads to the stabilization of the system, (d) The proportion of the carrier molecule can be set to a maximum of 70% wt / wt.
Geeignet sind Moleküle, wie z. B. Phosphatidylethanolamine, Phosphatidylcholine (1,2- Dioleoyl-^«-Glycero-3-Phosphoethanolamine, 1 ,2-Dipalmitoyl-5«-Glycero-3-Suitable are molecules such. B. phosphatidylethanolamines, phosphatidylcholines (1,2-dioleoyl - ^ - glycero-3-phosphoethanolamines, 1,2-dipalmitoyl-5-glycero-3
Phosphoethanolamine , l^-Dimiristoyl-SM-Glycero-S-Phosphoethanolamine, 1,2- DielaidoyLs«-Glycero-3-Phosphoethanolamine, l,2-DiphytanoLsτ?-Glycero-3- Phosphoethanolamine, l^-DilinoleoyLsw-Glycero-S-Phosphoethanolamine oder 1,2-Dioleoyl 5«-Glycero-3-Phosphatidylcholine). Phosphoethanolamines, 1,1-Dimiristoyl-SM-glycero-S-phosphoethanolamines, 1,2-Dielaidoxy® -glycero-3-phosphoethanolamines, 1,2-diphytano-L-S-glycero-3-phosphoethanolamines, 1-dilinoleoyl-glycero-S- Phosphoethanolamines or 1,2-dioleoyl 5'-glycero-3-phosphatidylcholine).
Als ein erstes Beispiel wird l,2-Dioleoyl-s«-Glycero-3-Phosphoethanolamine (DOPE) genannt. As a first example, 1,2-dioleoyl-s-glycero-3-phosphoethanolamine (DOPE) is named.
Vorteilhaft ist es möglich, die Molekülsorten A, B und C als Lipide oder als Polymere auszubilden. Im Fall von amphipathischen Lipiden werden bei der Herstellung der fertig einsetzba- ren Mischung Liposomen gebildet.  Advantageously, it is possible to form the molecule types A, B and C as lipids or as polymers. In the case of amphipathic lipids, liposomes are formed in the preparation of the ready-to-use mixture.
Das Gewichtsmischungsverhältnis (wt/wt) liegt vorteilhaft bei 1 :0,05-0,2: 1 zwischen den Molekülsorten A, B und C. The weight-mixing ratio (wt / wt) is advantageously 1: 0.05-0.2: 1 between the molecule types A, B and C.
Molekülsorte D (amphipatisch mit Funktionsgruppe) Molecule Type D (amphipathic with functional group)
Die Kriterien zur amphiphatischen Molekülsorte D sind: (a) Das Molekül muss einen hydrophilen Bereich sowie (b) einen hydrophoben Bereich (insbesondere mit CiO-C30) mit oder ohne Doppelbindungen aufweisen. Zur Funktion der Doppelbindungen siehe Sorte A, B, oder C. (c) Das Molekül muss eine Funktionsgruppe im hydrophilen Bereich aufweisen, die weitere chemische Bindungen auf der Zelloberfläche nach der Fusion ermöglichen. The criteria for the amphiphatic molecule type D are: (a) The molecule must have a hydrophilic region and (b) a hydrophobic region (in particular with Ci O -C 30 ) with or without double bonds. For the function of the double bonds, see species A, B, or C. (c) The molecule must have a functional group in the hydrophilic region that allows further chemical bonding on the cell surface after fusion.
Geeignet sind Moleküle, wie z. B. langkettige Fettsäuren und Alkohole, Chelat-Komplex mo- difizierte Lipide, z. B. l,2-Dioleoyl-,sw-Glycero-3-[(N-(5-Amino-l-Suitable are molecules such. Long-chain fatty acids and alcohols, chelate complex modified lipids, eg. For example, 1, 2-dioleoyl, 5-glycero-3 - [(N- (5-amino-1-ol)
Carboxypentyl)Iminodiacetic Acid)Succinyl] (Nickel salt), Biotin modifizierte Lipide (1,2- Dioleoyl-sw-Glycero-S-Phosphoethanolamine-N-cap-Biotin), oderPEG modifizierte Lipide ( 1 ,2-Dioleoyl-5«-Glycero-3-Phosphoethanolamine-N-[Methoxy(Polyethylene Glycol)-2000] (Ammonium Salz) oder auch Arzneimittel. Carboxypentyl) iminodiacetic acid) succinyl] (nickel salt), biotin modified lipids (1,2- Dioleoyl-sw-glycero-S-phosphoethanolamine-N-cap-biotin), or PEG-modified lipids (1,2-dioleoyl-5-glycero-3-phosphoethanolamine-N- [methoxy (polyethylene glycol) -2000] (ammonium salt ) or pharmaceuticals.
Ein erstes Ausfuhrungsbeispiel hierzu ist (Iminodiacetic Acid)succinyl (Nickel Salz) als Funktionsgruppe, hier in Form einer Chelatgruppe, gebunden an l,2-Dioleoyl-£H-Glycero-5- Amino-1-carboxypentyl. Dies ergibt die Strukturformel: A first exemplary embodiment of this is (iminodiacetic acid) succinyl (nickel salt) as a functional group, here in the form of a chelate group, attached to 1,2-dioleoyl-H-glycero-5-amino-1-carboxypentyl. This gives the structural formula:
Molekülsorte E (amphipatisch): Type of molecule E (amphipatic):
Die Kriterien zur Molekülsorte E sind ferner: (a) Sie sind amphiphatisch. (b) Dies können Membranproteine, Peptide, Oberflächenrezeptoren, wie z. B. Bacteriorhodopsin, Integrin, Glycophorin A und viele andere sein, (c) Molekülsorte E kann wie die übrigen Bestandteile A, B, C, D künstlich synthetisiert oder von Zellen gewonnen werden, (d) Modifikation dieser Moleküle, wie z. B. Fluoreszenz oder Radioaktive Markierung können vorhanden sein, (e) Molekülsorte E kann der Mischung bis zu 20 % wt/wt zugefugt werden. Die amphiphatische Molekülsorten E wird bei der Nutzung von Lipiden als Sorte A-D mit in die Liposommembran eingebaut. Nicht-amphiphatische Molekülsorten E werden bei Nutzung von Lipiden als Sorte A-D auf der Liposommembran gebunden eingebaut. The criteria for molecule type E are further: (a) they are amphiphatic. (b) These may include membrane proteins, peptides, surface receptors, such as. B. Bacteriorhodopsin, integrin, glycophorin A and many others, (c) type of molecule E, like the other components A, B, C, D are artificially synthesized or derived from cells, (d) modification of these molecules, such as. For example, fluorescence or radioactive label may be present. (E) Molecule Type E may be added to the mixture up to 20% wt / wt. The amphiphatic molecule types E is incorporated into the liposome membrane when using lipids as grade A-D. Non-amphiphatic molecule types E are incorporated on the liposome membrane when lipids are used as grade A-D.
Molekülsorte F (wasserlöslich oder hydrophil): Type of molecule F (water-soluble or hydrophilic):
Die Kriterien zur Molekülsorte F sind: (a) Die Moleküle sollen wasserlöslich sein. Folgende Beispiele sind gegeben: Ionen, Peptide, Proteine, Arzneimittel, DNA oder RNA. The criteria for molecule type F are: (a) The molecules should be water-soluble. The following examples are given: ions, peptides, proteins, drugs, DNA or RNA.
Molekülsorte F wird bei der Nutzung von Lipiden als Molekülsorten in das Lumen des Liposoms eingebaut. Molekülsorte G (nicht wasserlöslich oder hydrophob): Type of molecule F is incorporated into the lumen of the liposome when using lipids as molecular species. Type of molecule G (not water-soluble or hydrophobic):
Die Kriterien zur Molekülsorte G sind: (a) Die Moleküle weisen hydrophoben Charakter auf und sind in organischem Lösungsmittel gut löslich. Folgende Beispiele sind gegeben: Cho- lesterol, Vitamin B. Zusammen mit den Molekülsorten A, B, C, und D werden diese in einem organischen Lösungsmittel gemischt. The criteria for molecule type G are: (a) The molecules have hydrophobic character and are readily soluble in organic solvents. The following examples are given: cholesterol, vitamin B. Together with the molecule types A, B, C, and D, these are mixed in an organic solvent.
Das Fusionsverfahren The merger procedure
Die Bestandteile der erfindungsgemäßen Mischung mit den Molekülsorten A und B werden zusammen mit den optional weiteren, hinzu gemischten Molekülen C, gegebenenfalls D und gegebenenfalls G gleichzeitig in einem organischen Lösungsmittel, vorzugsweise in Chloro- form, Methanol, Ethanol, Propanol, Hexan, Heptan oder einer Mischung hieraus, im gewünschten Gewichtsverhältnis aufgenommen. Nach der Homogenisierung im organischen Lösungsmittel soll das organische Lösungsmittel entfernt werden. The constituents of the mixture according to the invention with the molecule types A and B are together with the optionally further, mixed molecules C, optionally D and optionally G simultaneously in an organic solvent, preferably in chloroform, methanol, ethanol, propanol, hexane, heptane or a mixture thereof, added in the desired weight ratio. After homogenization in the organic solvent, the organic solvent should be removed.
Die eingetrocknete Mischung wird in einer wässrigen Pufferlösung, vorzugsweise mit einem pH- Wert um 7, aufgenommen, und wieder homogenisiert. Dann bildet sich vorteilhaft ein Liposom aus, das die zugefügten Molekülsorten umfasst. Dabei können Moleküle der Molekülsorte E und F ebenfalls zugemischt werden. In dieser Form liegen die Mischungen haltbar vor, beispielsweise bei 4 0C für mindestens einen Monat. Diese Schritte dienen zur Vorbereitung des erfindungsgemäßen Verfahrens. The dried mixture is taken up in an aqueous buffer solution, preferably at a pH around 7, and homogenized again. Then, advantageously, a liposome is formed which comprises the added types of molecules. In this case, molecules of the molecule type E and F can also be added. In this form, the mixtures are durable, for example at 4 0 C for at least one month. These steps serve to prepare the process according to the invention.
Das eigentliche Verfahren sieht vor, dass die Fusionsmischung mit einem Zellmedium z. B. 1 :100 (Mischung: Zellmedium v/v) verdünnt, erneut homogenisiert und auf die Zellen gegeben wird. The actual method provides that the fusion mixture with a cell medium z. B. 1: 100 (mixture: cell medium v / v) diluted, homogenized again and added to the cells.
Durch Zugabe der erfindungsgemäßen Fusionsmischung zu lebenden Zellen wird vorzugsweise in vivo die Fusion erzeugt. Hierzu ist es ausreichend, dass die Zellen mit der Mischung etwa 1 bis 60 Minuten, bei Gewebeproben z. B. 60 bis 120 Minuten in Kontakt gebracht wer- den. Ein Waschschritt der Zellen sollte dann eingefügt werden. Das Verfahren ist vorteilhaft durch eine besonders hohe Fusionseffizienz von mindestens 50 %, vorzugsweise mehr als 70 %, insbesondere mehr als 90 %, gekennzeichnet. By adding the fusion mixture according to the invention to live cells, the fusion is preferably generated in vivo. For this it is sufficient that the cells with the mixture for about 1 to 60 minutes, in tissue samples z. B. 60 to 120 minutes are brought into contact. A washing step of the cells should then be inserted. The method is advantageously characterized by a particularly high fusion efficiency of at least 50%, preferably more than 70%, in particular more than 90%.
Die Membranfusion ist besonders vorteilhaft nicht auf einzelne Zelltypen beschränkt, sondern stellt einen fast universellen Mechanismus dar, wie in Tabelle 2 darlegt. Sogar dichte Gewe- beproben können durch einer verlängerten Inkubationszeit erfolgreich behandelt werden. Das Verfahren ist daher besonders vorteilhaft sehr vielseitig verwendbar. Membrane fusion is particularly not limited to single cell types, but provides an almost universal mechanism as set forth in Table 2. Even dense tissue samples can be successfully treated by prolonged incubation. The method is therefore particularly advantageous very versatile.
Bei der Fusion der erfindungsgemäßen Mischung mit einer Zellmembran werden die vesiku- lären Volumina in Form von Molekülsorte F in die Zelle eingeschleust, was vorteilhaft zur Einbringung von löslichen Molekülen, Ionen, Proteinen oder DNA in das Zytoplasma der Zelle genutzt werden kann. Molekülsorte F ist daher im eigentlichen Sinn kein Bestandteil der Mischung amphipathischer Molekülsorten. When the mixture according to the invention is fused with a cell membrane, the vesicular volumes in the form of type of molecule F are introduced into the cell, which can be advantageously used to introduce soluble molecules, ions, proteins or DNA into the cytoplasm of the cell. Molecule type F is therefore in the true sense not a component of the mixture of amphipathic types of molecules.
Während des Fusionsverfahrens können die biologisch oder die pharmazeutisch relevanten Molekülsorten D, E, oder G in intakte Zellmembranen inkorporiert werden. Die in der Zellmembran eingebrachten reaktiven Gruppen der Molekülsorte D können z. B. für Kopplungs- reaktionen eingesetzt werden. Es können zusätzliche membraneigene Moleküle der Sorte E in die Zellmembran eingebaut werden, wie Peptide oder Proteine. During the fusion process, the biologically or pharmaceutically relevant molecule types D, E, or G can be incorporated into intact cell membranes. The introduced in the cell membrane reactive groups of the molecule type D can, for. B. be used for coupling reactions. Additional membrane E-type molecules can be incorporated into the cell membrane, such as peptides or proteins.
Die erfindungsgemäße Mischung und das erfindungsgemäße Verfahren ermöglichen Wege zur Durchführung von Analysen auf einer Vielzahl von Gebieten der Grundlagenforschung, wie etwa der Diffusionsanalyse von Molekülen eingebaut in intakten Zellmembranen , der Charakterisierung von Lipidmikro- und nanodomänen, in der Literatur auch als Lipid rafts bekannt, oder der Untersuchung der Regulation sowie der Transportwege von Membranmolekülen in der Zelle.  The mixture of the invention and the method of the present invention provide ways to perform analyzes in a variety of basic research fields, such as the diffusion analysis of molecules incorporated into intact cell membranes, the characterization of lipid micro and nanodomains, also known in the literature as lipid rafts, or the investigation of the regulation and transport pathways of membrane molecules in the cell.
Gleichzeitig kann das System, beispielsweise zur medizinisch hochrelevanten, gezielten Markierung bestimmter Zelltypen z. B. zur Markierung von Krebszellen, zur Unterstützung von Wundverschluss mittels Induktion von Zellwanderung, zur Ausbildung von ZeIl- Zellkontakten, von Zellausläufern oder der Proliferationsinduktion oder Zell-Zellfusion genutzt werden. Bestimmte erfindungsgemäße amphiphatische Mischungen der Molekülsorten A, B, (C), D mit TNFα können daher als Medikamente und gleichzeitig bei der gezielten Markierung und Behandlung von Krebszellen eingesetzt werden. At the same time, the system, for example, the medically highly relevant, targeted marking of certain cell types z. For example, for the labeling of cancer cells, to support wound closure by induction of cell migration, for the formation of cellular cell contacts, of cell spurs or of proliferation induction or cell-cell fusion. Certain inventive amphiphatic mixtures of the molecule types A, B, (C), D with TNFα can therefore be used as medicaments and at the same time in the targeted labeling and treatment of cancer cells.
Eine Übersicht einiger Verfahren zur Zellmembranmodifikation zeigt Tabelle 2. Tabelle 2: Zusammenfassung von Zellmodifizierungsexperimenten mittels der Fusionsmischung. An overview of some cell membrane modification procedures is shown in Table 2. Table 2: Summary of cell modification experiments using the fusion mixture.
a Molekülsorte C/ Molekülsorte A Molekülsorte B= 1/1/0,1 wt/wt in jedem durchgeführten Experiment. b ft fü;r die genaue Zusammensetzung siehe Weg 2 unten. c für die genaue Zusammensetzung siehe Weg 3. unten. d DOPE/DOTAP/ß-BODIPY C12-HPC/PI = 1/1/0,1/0,1 Abkürzungen zu Tabelle 2: a Type of molecule C / type of molecule A Type of molecule B = 1/1 / 0.1 wt / wt in each experiment carried out. For the exact composition, see route 2 below. c for the exact composition see way 3. below. d DOPE / DOTAP / β-BODIPY C 12 -HPC / PI = 1/1 / 0.1 / 0.1 Abbreviations to Table 2:
Methode 1 : Zellmembranfärbung; Methode 2: Zelloberflächenmodifizierung; Methode 3: Zelllumenmodifizierung; Methode 4: Proteinrekonstruktion in der Zellmembran Zu Molekülsorte C: DOPE = l,2-Dioleoyl-5«-Glycero-3-Phosphoethanolamine Zu Molekülsorte A: DOTAP = l,2-Dioleoyl-sn-Glycero-(Trimethylammonium-Propane (Chloride salt) Method 1: cell membrane staining; Method 2: Cell Surface Modification; Method 3: cell lumen modification; Method 4: Protein Reconstruction in the Cell Membrane To Molecule C: DOPE = l, 2-Dioleoyl-5'-glycero-3-phosphoethanolamine To type of molecule A: DOTAP = l, 2-dioleoyl-sn-glycero- (trimethylammonium-propane (chloride salt)
Zu Molekülsorte B: ß-BODIPY C^-HPC^^^-Difluoro-S-Methyl^-Bora-Sa^a-Diaza-^-Indacene-S- Dodecanoyl)- 1 -Hexadecanoyl-sH-Glycero-S-Phosphocholine ß-Pyrene C 10-HPC : 1 -Hexadecanoyl-2-( 1 -Pyrenedecanoyl)-5«-Glycero-3 -Phosphocholine To type of molecule B: β-BODIPY C ^ -HPC ^^^ - difluoro-S-methyl ^ -Bora-Sa ^ a-Diaza - ^ -indacene-S-dodecanoyl) -1-hexadecanoyl-sH-glycero-S-phosphocholine ß-Pyrene C 10 -HPC: 1 -hexadecanoyl-2- (1-pyrenedecanoyl) -5-glycero-3-phosphocholine
BODIPY FL DHPE: JV-(4,4-Difluoro-5,7-Dimethyl-4-Bora-3a,4a-Diaza-s-Indacene-3- Propionyl)- 1 ^-Dihexadecanoyl-sw-Glycero-S-Phosphoethanolamine, (Triethylammonium salt) DiO: DiOC18(3)3,3'-Dioctadecyloxacarbocyanine Perchlorate BODIPY FL DHPE: JV- (4,4-difluoro-5,7-dimethyl-4-borora-3a, 4a-diaza-s-indacene-3-propionyl) -1,3-dihexadecanoyl-sw-glycero-S-phosphoethanolamine , (Triethylammonium salt) DiO: DiOC 18 (3) 3,3'-dioctadecyloxacarbocyanine perchlorate
Fluorescein-DHPE : 1 ,2-Dioleoyl-.sn-Glycero-3 -Phosphoethanolamine-N- (Carboxyfluorescein) (Ammonium salt) Fluorescein-DHPE: 1, 2-Dioleoyl-.sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N- (carboxyfluorescein) (ammonium salt)
LR-DHPE: Lissamin Rhodamine B 1 ^-Dihexadecanoyl-stt-Glycero-S-Phosphoethanolamine, (Triethylammonium salt) LR-DOPE: Lissamin Rhodamine B l,2-Diolenoyl-5«-Glycero-3-Phosphoethanolamine, (Triethylammonium salt) LR-DHPE: lissamine rhodamine B 1 ^ -dihexadecanoyl-stt-glycero-S-phosphoethanolamine, (triethylammonium salt) LR-DOPE: lissamine rhodamine B l, 2-diolenoyl-5-glycero-3-phosphoethanolamine, (triethylammonium salt)
NBD-DOPE: N-(7-nitrobenz-2-oxa-l,3-diazol-4-yϊ)-l,2-Diolenoyl-^-Glycero-3- Phosphoethanolamine (Triethylammonium salt) NBD-DOPE: N- (7-nitrobenz-2-oxa-1,3-diazol-4-yl) -l, 2-diolenoyl-1-glycero-3-phosphoethanolamine (triethylammonium salt)
Pyrene-DOPE: 1 ,2-Dioleoyl-5«-Glycero-3-Phosphoethanolamine-N-(l -pyrenesulfonyl) (Ammonium salt) Pyrene-DOPE: 1, 2-Dioleoyl-5-glycero-3-phosphoethanolamine-N- (1-pyrenesulfonyl) (ammonium salt)
Texas Red-DHPE: Texas Red l,2-Dihexadecanoyl-i«-Glycero-3-Phosphoethanolamine (Triethylammonium salt) Zu Molekülsorten D-G: Texas Red-DHPE: Texas Red 1, 2-Dihexadecanoyl-i-glycero-3-phosphoethanolamine (triethylammonium salt) To molecular types DG:
BR-TRITC: Bacteriorhodopsin aus Halobacterium salinarum gelabeled mit Tetramethylrho- damin isothiocyanat gemischte Isomere als Molekülsorte E BR-TRITC: bacteriorhodopsin from Halobacterium salinarum gelabeled with tetramethylrhodoin isothiocyanate mixed isomers as molecule type E
DOGS-NTA: 1 ,2-Dioleoyl-5«-Glycero-3-[(N-(5-Amino- 1 -Carboxypentyl)Iminodiacetic Acid)Succinyl] (Nickelsalz) als Molekülsorte D. capBioDOPE: l^-Dioleoyl-SM-Glycero^-Phosphoethanolamine-N-cap-Biotin als Molekülsorte D DOGS-NTA: 1, 2-Dioleoyl-5'-glycero-3 - [(N- (5-amino-1-carboxypentyl) iminodiacetic acid) succinyl] (nickel salt) as molecular species D. capBioDOPE: 1-dioloyl-SM -Glycero ^ -phosphoethanolamine-N-cap-biotin as molecule type D
B FL-SM : N-(4,4-Difluoro-5 ,7-Dimethyl-4-Bora-3 a,4a-Diaza-s-Indacene-3 - Dodecanoyl)Sphingosyl Phosphocholine als Molekülsorte D GPA-TRITC: Glycophorin A (MNS blood group) gelabeled mit Tetramethylrhodamine isothiocyanate mixed isomers als Molekülsorte E. B FL-SM: N- (4,4-difluoro-5,7-dimethyl-4-bora-3a, 4a-diaza-s-indacene-3-dodecanoyl) sphingosyl phosphocholine as the molecular species D GPA-TRITC: glycophorin A (MNS blood group) labeled with tetramethylrhodamine isothiocyanate mixed isomers as molecule type E.
PI: L-α- Phosphatidyl-Inositol (Sodium salt) als Molekülsorte E. PI: L-α-phosphatidyl inositol (sodium salt) as molecule type E.
CaCl2XH2O als Molekülsorte F. CaCl 2 XH 2 O as molecule type F.
Zelltypen und Zelllinien: BSMC: Bronchial smooth muscle cells Cell types and cell lines: BSMC: Bronchial smooth muscle cells
ESMC: Embryonal smooth muscle cells ESMC: Embryonic smooth muscle cells
HEK: Human Embryonic Kidney, HEK293 h. Fibroblasten: human fibroblasts HEK: Human Embryonic Kidney, HEK293 h. Fibroblasts: human fibroblasts
Keratinozyten: human keratinocytes Makrophagen: human makrophage Myofibroblasten: cardiac fibroblasts of rat Neuronen: embryonal cortical neurons of rat R37: breast Cancer cell line Herzbeutel: rat embryonic heart bag Sonstiges zu Tabelle 2: Keratinocytes: human keratinocytes Macrophages: human macrophages Myofibroblasts: cardiac fibroblasts of rat neurons: embryonic cortical neurons of rat R37: breast cancer cell line pericardium: rat embryonic heart bag Miscellaneous to Table 2:
TNF: TNFα-His-Tag: Tumor Necrosis Factor linked with όxhistidin repeat TNF: TNFα-His tag: tumor necrosis factor linked with όxhistidine repeat
Im Weiteren wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen und der beigefügten Figuren näher erläutert, ohne dass dies zu einer Beschränkung der Erfindung führen soll. Furthermore, the invention will be explained in more detail with reference to embodiments and the accompanying figures, without this being intended to limit the invention.
Es zeigen: Fig. 1 : Schematische Darstellung von drei Einsatzmöglichkeiten des Fusionsreagenzes. 1: Schematic representation of three possible uses of the fusion reagent.
Fig. 2: Entspricht Zeile 11 in der Tabelle 2. Mikroskopische Aufnahmen von in Fluo-4 AM vorinkubierten HEK293 Zellen nach Zugabe der Fusionsmischung (DOPE (Molekülsorte C)/DOTAP (Molekülsorte A)/LR-DHPE (Molekülsorte B)=l/l/0,l wt/wt) gefüllt mit 1 mM CaCl2 (Molekülsorte F) Lösung. Die rot markierte Lipidmischung (Molekülsorten A-C) (LissRhod Kanal) wurde in die Zellmembran eingebaut während der grüne Ca2+-Indikator (Fluo-4 Kanal) auf eine erhöhte Ca2+ - Konzentration (Molekülsorte F) im Zellinneren hinweist. (Maßstab = 20 μm). 2: Corresponds to line 11 in Table 2. Microscopic images of HEK293 cells preincubated in Fluo-4 AM after addition of the fusion mixture (DOPE (type of molecule C) / DOTAP (type of molecule A) / LR-DHPE (type of molecule B) = 1 / l / 0, l wt / wt) filled with 1 mM CaCl 2 (molecular grade F) solution. The red-labeled lipid mixture (molecule types AC) (LissRhod channel) was incorporated into the cell membrane while the green Ca 2+ indicator (fluo-4 channel) indicates an increased Ca 2+ concentration (molecule type F) in the cell interior. (Scale = 20 μm).
Fig. 3: Entspricht Zeile 25 in der Tabelle 2. Mikroskopische Aufnahmen von Fibroblasten 10 Minuten nach Zugabe der Fusionsmischung (DOPE (Molekülsorte C)/DOTAP (Molekülsorte A)/ß-Bodipy-C,2HPC (Molekülsorte B)/BR-TRITC (Molekülsorte E)=l/l/0, 1/0,0005 wt/wt). Die grün markierte Lipidmischung (Molekülsorte A-C) (ß-Bodipy Kanal) sowie das rot markierte Kanalprotein (Molekülsorte E) (TRITC Kanal) wurden in die Zellmembran eingebaut. (Maßstab = 20 μm) Fig. 4: Entspricht Zeile 25 in der Tabelle 2. Mikroskopische Aufnahmen von Fibroblasten 4 Stunden nach dem Abwaschen der Fusionsmischung (DOPE (Molekülsorte C)/DOTAP (Molekülsorte A)/ß-Bodipy-C12HPC (Molekülsorte B)/BR-TRITC (Molekülsorte Fig. 3: Corresponds to line 25 in Table 2. Microscopic images of fibroblasts 10 minutes after the addition of the fusion mixture (DOPE (molecule type C) / DOTAP (type of molecule A) / β-Bodipy-C, 2 HPC (molecule type B) / BR- TRITC (molecule type E) = 1/1/0, 1 / 0.0005 wt / wt). The green-labeled lipid mixture (type of molecule AC) (β-Bodipy channel) and the red-labeled channel protein (molecule type E) (TRITC channel) were incorporated into the cell membrane. (Scale = 20 μm) 4: Corresponds to line 25 in Table 2. Microscopic images of fibroblasts 4 hours after washing off of the fusion mixture (DOPE (molecule type C) / DOTAP (molecule type A) / β-Bodipy-C 12 HPC (molecule type B) / BR- TRITC (type of molecule
E)=l/l/0,l/0,0005 wt/wt). Die grün markierte Lipidmischung (Molekülsorte A-C) (ß-Bodipy Kanal), als auch das rot markierte Kanalprotein (Molekülsorte E) (TRITC Kanal) wurden in der Zellmembran eingebaut. Die Trennung der zwei Farbstoffe in Abhängigkeit der Zeit lässt auf einen unterschiedlichen Transportablauf der Membranlipide und Proteine von der Zellmembran in das Zellinnere schließen. (Maßstab = 20 μm). E) = 1/1/0, 1 / 0.0005 wt / wt). The green-labeled lipid mixture (molecule type A-C) (β-Bodipy channel), as well as the red-labeled channel protein (molecule type E) (TRITC channel) were incorporated into the cell membrane. The separation of the two dyes as a function of time suggests a different transport process of the membrane lipids and proteins from the cell membrane into the cell interior. (Scale = 20 μm).
Fig. 5: Entspricht Zeile 16 in der Tabelle 2. Mikroskopische Aufnahmen von HEK293 Zellen 10 Minuten nach Zugabe der Fusionsmischung (DOPE (Molekülsorte Q/DOTAP (Molekülsorte A)/Bodipy FL-DHPE (Molekülsorte B)/DOGS-NTA (Molekülsorte D)= 1/1 /0,1 /0,002 wt/wt). (Maßstab = 50 μm) Fig. 5: Corresponds to line 16 in Table 2. Microscopic images of HEK293 cells 10 minutes after addition of the fusion mixture (DOPE (type of molecule Q / DOTAP (type of molecule A) / Bodipy FL-DHPE (type of molecule B) / DOGS-NTA (type of molecule D ) = 1/1 / 0.1 / 0.002 wt / wt) (scale = 50 μm)
Fig. 6: Entspricht Zeile 16 in der Tabelle 2. Mikroskopische Aufnahme von TNFα-His-Tag behandelten HEK293 Zellen mit eingebautem DOGS-NTA (Molekülsorte D) in der ZeIl- membran und Makrophagen und B: Mikroskopische Aufnahme von TNFα-His-Tag behandelten HEK293 Zellen ohne DOGS-NTA (Molekülsorte D) in der Zellmembran und Makrophagen. (Maßstab = 50 μm) FIG. 6: Corresponds to line 16 in Table 2. Microscopic uptake of TNFα-His-tag treated HEK293 cells with incorporated DOGS-NTA (molecule type D) in the membrane and macrophages and B: Microscopic image of TNFα-His-tag treated HEK293 cells without DOGS-NTA (molecule type D) in the cell membrane and macrophages. (Scale = 50 μm)
Fig. 7: Entspricht Zeile 23 in der Tabelle 2. Mikroskopische Aufnahmen von Fibroblasten nach dem Abwaschen der Fusionsmischung (DOPE (Molekülsorte C)/DOTAP (Molekülsorte A)/TexasRedDHPCC (Molekülsorte B)/capBioDOPE (Molekülsorte D)= 1/1 /0,1 /0,01 wt/wt). Die rot markierte Lipidmischung (Molekülsorte A-C) (TexasRed Kanal), als auch das grün markierte Oberflächenprotein (AlexaFluor488 Kanal) zeigt eine eindeutige Colokalisation von Phospholipid und zu Zelloberfläche gebundene Proteine. (Maßstab = 50 μm) FIG. 7: corresponds to row 23 in table 2. Microscopic images of fibroblasts after washing off of the fusion mixture (DOPE (type of molecule C) / DOTAP (type of molecule A) / TexasRedDHPCC (type of molecule B) / capBioDOPE (molecule type D) = 1/1 / 0.1 / 0.01 wt / wt). The red-labeled lipid mixture (molecule type A-C) (TexasRed channel), as well as the green-labeled surface protein (AlexaFluor488 channel) show a clear colocalization of phospholipid and cell surface bound proteins. (Scale = 50 μm)
Fig. 8: Entspricht Zeile 24 in der Tabelle 2. Mikroskopische Aufnahmen von Fibroblasten nach dem Abwaschen der Fusionsmischung (DOPE (Molekülsorte C)/DOTAP (Molekülsorte A)/TexasRedDHPC (Molekülsorte B)/B FL-SM (Molekülsorte D)=l/l/0,l/0,01 wt/wt). Die Aufnahmen weisen auf einen erfolgreichen Einbau der Phospholipide (TexasRed Kanal) als auch der Sphingolipide (BFL Kanal). (Maßstab = 20 μm) Fig. 9: Entspricht Zeile 47 in der Tabelle 2. Mikroskopische Aufnahme von primärem Herzbeutelgewebe (Perikard) aus embryonalen Ratten (Tag 19) nach einer einstündigen Behandlung mit der Fusionsmischung (DOPE (Molekülsorte C)/DOTAP (Molekülsorte A)/Bodipy FL-DHPE (Molekülsorte B)=l/l/0,l wt/wt). Auf der Aufnahme ist deutlich erkennbar, dass die Fusionsmischung aus Molekülsorten A-C bis etwa 3-4 Zellschichten tief in die Gewebe eingedrungen ist und Membranfusion induziert hat. (Maßstab = 70 μm). Figure 8: Corresponds to row 24 in Table 2. Microscopic images of fibroblasts after washing off the fusion mixture (DOPE (molecule type C) / DOTAP (molecule type A) / TexasRedDHPC (molecule type B) / B FL-SM (molecule type D) = 1 / l / 0, l / 0.01 wt / wt). The images indicate a successful incorporation of the phospholipids (TexasRed channel) as well as the sphingolipids (BFL channel). (Scale = 20 μm) Figure 9: Corresponds to row 47 in Table 2. Micrograph of primary pericardium from embryonic rats (day 19) after one hour of treatment with the fusion mixture (DOPE (molecule type C) / DOTAP (molecule type A) / Bodipy FL) DHPE (type of molecule B) = 1/1/0, 1 wt / wt). The image clearly shows that the fusion mixture of molecular types AC has penetrated deep into the tissue up to about 3-4 cell layers and has induced membrane fusion. (Scale = 70 μm).
Fig. 1 zeigt drei erfindungsgemäße Wege der Zellmembranmodifizierung. Jeder Weg wird in einem weiteren Ausführungsbeispiel ausgeführt. Fig. 1 shows three ways of cell membrane modification according to the invention. Each path is executed in another embodiment.
Weg 1 aus Figur 1 : Zellmembranmodifikation durch Mischung der Sorten A-C und Einbrin- gung von Ca2+ Ionen als Sorte F in das Lumen von Zellen. Path 1 from FIG. 1: cell membrane modification by mixing the varieties AC and introducing Ca 2+ ions as type F into the lumen of cells.
Human Embryonic Kidney (HEK293) (DSMZ Deutschland) Zellen wurden in DMEM Medium (Sigma Aldrich, St. Luis, MO, USA) in einer Zelldichte von 30.000 Zellen pro Zellkulturschale (0 3,5 cm) in Fluo-4 AM - Ca2+-Indikator (Invitrogen, Eugene, OR, USA) in (lμg/ml) 30 Minuten inkubiert. Nach der Inkubation wurden die Zellen mit DMEM Medium gewa- sehen und mit einer erfindungsgemäßen Fusionsmischung 30 Minuten inkubiert. Human Embryonic Kidney (HEK293) (DSMZ Germany) cells were grown in DMEM medium (Sigma Aldrich, St. Luis, Mo., USA) at a cell density of 30,000 cells per cell culture dish (0-3.5 cm) in Fluo-4 AM-Ca 2 + Indicator (Invitrogen, Eugene, OR, USA) in (lμg / ml) for 30 minutes. After incubation, the cells were washed with DMEM medium and incubated with a fusion mixture according to the invention for 30 minutes.
Die erfindungsgemäße Fusionsmischung besteht aus einer Lipidmischung von 1 ,2-Dioleoyl- sn-Glycero-3-Phosphoethanolamine (DOPE: Molekülsorte C), l,2-Dioleoyl-3- Trimethylammonium-Propane (DOTAP: Molekülsorte A) (beide Avanti Polar Lipids Inc., Alabama, AL, USA), Lissamine Rhodamine B l,2-Dihexadecanoyl-sn-Glycero-3- Phosphoethanolamine (LR-DHPE: Molekülsorte B mit Gruppe R) (Invitrogen) im Gewichtsverhältnis von DOPE/DOTAP/LR-DHPE (1/1/0,1 wt/wt). The fusion mixture according to the invention consists of a lipid mixture of 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine (DOPE: molecular grade C), 1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium-propane (DOTAP: molecular grade A) (both Avanti Polar Lipids Inc., Alabama, AL, USA), Lissamine Rhodamine B1, 2-Dihexadecanoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine (LR-DHPE: Type B molecule with group R) (Invitrogen) in the weight ratio of DOPE / DOTAP / LR-DHPE (1/1 / 0.1 wt / wt).
Die Lipidkomponenten wurden zunächst in Chloroform (VWR, Darmstadt, Deutschland) homogen gemischt. Anschließend wurde die Lösung im Vakuum 30 bis 60 Minuten bei Raumtemperatur eingetrocknet. Die Lipidmoleküle wurden erneut in einer Pufferlösung von 20 mM (2-[4-(2-Hydroxyethyl)-l-piperazinyl]-ethansulfonsäure) (HEPES- Puffer) (VWR) und 1 mM CaCl2 als Molekülsorte F (VWR) in einer Endkonzentration von 2 mg Lipid/ml Puffer aufgenommen und im Ultraschallbad (80-100 W) 20 Minuten bei Raumtemperatur homogenisiert. Die Mischung liegt somit als Liposom vor. Diese Mischung ist etwa 1 Monat lang im Kühlschrank bei 4°C haltbar und nach einem wiederholten Homogenisierungsschritt wieder verwendbar. The lipid components were first homogeneously mixed in chloroform (VWR, Darmstadt, Germany). Subsequently, the solution was dried in vacuo for 30 to 60 minutes at room temperature. The lipid molecules were resuspended in a buffer solution of 20 mM (2- [4- (2-hydroxyethyl) -l-piperazinyl] -ethanesulfonic acid) (HEPES buffer) (VWR) and 1 mM CaCl 2 as the molecular species F (VWR) in a 2 mg lipid / ml buffer and homogenized in an ultrasonic bath (80-100 W) for 20 minutes at room temperature. The mixture is thus present as a liposome. This mixture is stable for about 1 month in the refrigerator at 4 ° C and reusable after a repeated Homogenisierungsschritt.
5 μl dieser Fusionsmischung werden 100-fach mit DMEM Medium verdünnt und vor der Zu- gäbe zu einer Zellkulturschale mit Ca2+-Indikator Fluo-4 AM (Invitrogen) inkubierten HEK293- Zellen erneut 5 bis 10 Minuten mittels Ultraschall homogenisiert. 5 μl of this fusion mixture are diluted 100 times with DMEM medium and, before being added to a cell culture dish with HEK293 cells incubated with Ca 2+ indicator Fluo-4 AM (Invitrogen), again homogenized for 5 to 10 minutes by means of ultrasound.
Die Zellen werden im erfindungsgemäßen Fusionsverfahren 10 bis 30 Minuten mit der erfin- dungsgemäßen Mischung bei 37 °C und 5 % CO2 inkubiert. Danach wurden die Zellen mit DMEM Medium gewaschen und die Fusion des Reagenzes mit der Zellmembran am Fluores- zenzmikroskop (LSM 710 von Carl Zeiss Microimaging GmbH, Jena) überprüft (Fig. 2). The cells are incubated in the inventive fusion process for 10 to 30 minutes with the inventive mixture at 37 ° C and 5% CO 2 . Thereafter, the cells were washed with DMEM medium and the fusion of the reagent with the cell membrane was checked on a fluorescence microscope (LSM 710 from Carl Zeiss Microimaging GmbH, Jena) (FIG. 2).
Nach erfolgreicher Membranfusion sind die rot fluoreszierenden Lipidmoleküle der Molekülsorte B in die Zellmembran der HEK293-Zellen eingebaut. Hierdurch ist die Zellmembran unter einem Fluoreszenz Mikroskop gut erkennbar (siehe Fig. 2 - LissRhod Kanal). After successful membrane fusion, the red fluorescent lipid molecules of molecule type B are incorporated into the cell membrane of HEK293 cells. As a result, the cell membrane under a fluorescent microscope well visible (see Fig. 2 - LissRhod channel).
Einen Beweis der Abgabe des Vesikellumens in das Zellinnere, und dadurch auch der MoIe- külsorte F, liefert die verstärkte grüne Fluoreszenzintensität des Ca2+-Indikators Fluo4 AM, der durch die erhöhte Ca2+ Konzentration im Zellvolumen nach der Membranfusion hervorgerufen wurde (Fig. 2 - Fluo-4 Kanal). Evidence of the delivery of the vesicle lumen into the cell interior, and thereby also the type of molecule F, provides the enhanced green fluorescence intensity of the Ca 2+ indicator Fluo4 AM, which was caused by the increased Ca 2+ concentration in the cell volume after membrane fusion (FIG 2 - Fluo-4 channel).
Die Aufnahmen und zugehörigen Zählungen zeigen eine Fusionseffizienz oberhalb von 80 %, das heißt mehr als 80 % aller Zellen fusionierten mit der erfindungsgemäßen Mi- schung/Liposom. The images and associated counts show a fusion efficiency above 80%, ie more than 80% of all cells fused with the mixture / liposome according to the invention.
Als Kontrolle wurden HEK293- Zellen identisch behandelt, nur dass das Vesikellumen mit 20 mM HEPES anstatt mit 1 mM CaCl2 Puffer gefüllt wurde. In diesem Fall zeigte der Ca2+- Indikator eine deutlich geringere Ca2+ Konzentration in den Zellen (nicht gezeigt). As a control, HEK293 cells were treated identically except that the vesicle lumen was filled with 20 mM HEPES instead of 1 mM CaCl 2 buffer. In this case, the Ca 2+ indicator showed a significantly lower Ca 2+ concentration in the cells (not shown).
Weg 2 aus Figur 1 : Zellmembranmodifikation durch Mischung der Sorten A-C und Einbrin- gung von Bacteriorhodopsin (Molekülsorte E) in die Zellmembran: Kardiale Fibroblasten wurden aus embryonalen (Tag 19) Rattenherzen isoliert und in FlO Harn' s Medium (Sigma Aldrich, St. Luis, MO, USA) in einer Dichte von 20.000 Zellen pro Zellkulturschale (0 3,5 cm) bei 37 °C und 5 % CO2 inkubiert. Über einen Zeitraum von 6 Tagen differenzierten die kardialen Fibroblasten zu Myofibroblasten und wurden beim nach- folgenden erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt. Route 2 from FIG. 1: Cell membrane modification by mixing the varieties AC and introducing bacteriorhodopsin (molecule type E) into the cell membrane: Cardiac fibroblasts were isolated from embryonic (day 19) rat hearts and in FlO urinary medium (Sigma Aldrich, St. Luis, MO, USA) at a density of 20,000 cells per cell culture dish (0 3.5 cm) at 37 ° C and 5% CO 2 incubated. Over a period of 6 days, the cardiac fibroblasts differentiated into myofibroblasts and were used in the subsequent method according to the invention.
Die Myofibroblasten wurden in einer Fusionsmischung von l,2-Dioleoyl-sn-Glycero-3- Phosphoethanolamine (DOPE: Molekülsorte C), l,2-Dioleoyl-3- Trimethylammonium- Propane (DOTAP: Molekülsorte A) (beide von Avanti Polar Lipids Inc. Alabama, AL, USA) und 2-(4,4-difluoro-5-methyl-4-bora-3a,4a-diaza-5'-indacene-3-dodecanoyl)- 1 -hexadecanoyl- SH-glycero-3-phosphocholine (ß-BODIPY C12-HPC: Molekülsorte B von Invitrogen (Eugene, OR, USA) im Gewichtsverhältnis 1/1/0,1 in einer Endkonzentration von 20 μg Lipid/ml Medium und Fluoreszenz markierten Kanalprotein (Bacteriorhodopsin von Halobacterium SaIi- narum (Sigma Aldrich)-Tetramethylrhodamine Isothiocyanat (Sigma Aldrich)) (BR-TRITC: Molekülsorte E) 0,4 ng/ml) inkubiert. Die erfindungsgemäße Mischung wurde auf folgende Weise angefertigt. Die Lipidkomponen- ten (Molekülsorte A-C) wurden in Chloroform (VWR) homogen gemischt. Nach der Mischung wurde die Lösung im Vakuum für 30-60 Minuten eingetrocknet. Die Lipidmoleküle wurden erneut in einer Pufferlösung von 20 mM HEPES (2-[4-(2-Hydroxyethyl)-l- piperazinyl]-ethansulfonsäure (VWR)) in einer Endkonzentration von 2 mg Lipid/ml Puffer aufgenommen und im Ultraschallbad (80-100 W) 20 Minuten homogenisiert. Alle Schritte wurden bei Raumtemperatur ausgeführt. Die Mischung liegt somit als Liposom vor. The myofibroblasts were prepared in a fusion mixture of 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine (DOPE: molecular grade C), 1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium propane (DOTAP: molecular grade A) (both from Avanti Polar Lipids Inc. Alabama, AL, USA) and 2- (4,4-difluoro-5-methyl-4-bora-3a, 4a-diaza-5'-indacene-3-dodecanoyl) -1-hexadecanoyl-SH-glycero. 3-phosphocholines (β-BODIPY C 12 -HPC: Type B of B vitamins from Invitrogen (Eugene, OR, USA) in the weight ratio 1/1 / 0.1 in a final concentration of 20 μg lipid / ml medium and fluorescence-labeled channel protein (bacteriorhodopsin of Halobacterium Sainarium (Sigma Aldrich) -Tetramethylrhodamine isothiocyanate (Sigma Aldrich)) (BR-TRITC: molecule type E) 0.4 ng / ml). The mixture according to the invention was prepared in the following manner. The lipid components (type of molecule AC) were homogeneously mixed in chloroform (VWR). After mixing, the solution was dried in vacuo for 30-60 minutes. The lipid molecules were resuspended in a buffer solution of 20 mM HEPES (2- [4- (2-hydroxyethyl) -l-piperazinyl] -ethanesulfonic acid (VWR)) to a final concentration of 2 mg lipid / ml buffer and sonicated (80- 100 W) homogenized for 20 minutes. All steps were carried out at room temperature. The mixture is thus present as a liposome.
5 μl dieser Fusionsmischung wurden mit 0,7 μl einer BR-TRITC Lösung (Molekülsorte E) (0,06 mg/ml HEPES) 60 Minuten inkubiert, und dabei vorsichtig gerührt. Die Kanalproteine E werden in die Lipiddoppelschichten des Liposom aufgenommen. Die Lösung wurde 100-fach mit FlO Ham's Medium (Sigma Aldrich) verdünnt und vor Zugabe zu einer Zellkulturschale mit Myofibroblasten ein weiteres Mal für 1 bis 2 Minuten mit Ultraschall (80-100 W) behandelt. Die Zellen wurden erfindungsgemäß mit der Fusionsmischung 10 bis 20 Minuten inkubiert, dann mit FlO Ham's Medium gewaschen und analysiert. 5 μl of this fusion mixture was incubated with 0.7 μl of a BR-TRITC solution (molecule type E) (0.06 mg / ml HEPES) for 60 minutes, while being gently stirred. The channel proteins E are taken up in the lipid bilayers of the liposome. The solution was diluted 100-fold with FlO Ham's medium (Sigma Aldrich) and sonicated (80-100W) once more for 1 to 2 minutes prior to addition to a cell culture dish with myofibroblasts. The cells were incubated with the fusion mixture according to the invention for 10 to 20 minutes, then washed with FlO Ham's medium and analyzed.
Nach dem Waschen konnten etwa 80 bis 100% der Zellen Cytoplasmamembranen der Zellen im Fluoreszenzmikroskop (grün für Lipide, rot für Proteine) (LSM 710 von Carl Zeiss Mic- roimaging GmbH, Jena) nachgewiesen werden, was einen erfolgreichen Membraneinbau sowohl der Lipidmischung (Molekülsorte A-C) als auch der Proteinmoleküle (Molekülsorte E) anzeigt (Fig. 3 und Fig. 4). After washing, about 80 to 100% of the cells cytoplasmic membranes of the cells could be detected in the fluorescence microscope (green for lipids, red for proteins) (LSM 710 from Carl Zeiss Micrimaging GmbH, Jena), resulting in successful membrane incorporation of both the lipid mixture (type of molecule AC) as well as the protein molecules (type of molecule E) (Figures 3 and 4).
Weg 3 aus Figur 1 : Zellmembranmodifikation durch Mischung der Sorten A-D zur Proteinbindung auf der Zellmembranoberfläche, Grundzüge einer neuartigen Tumorbehandlung und eines Medikaments hierfür. Path 3 from FIG. 1: cell membrane modification by mixing the varieties A-D for protein binding on the cell membrane surface, principles of a novel tumor treatment and a medicament therefor.
Human Embryonic Kidney (HEK 293) (DSMZ, Deutschland) Zellen wurden in RPMI Medium (Sigma Aldrich, St. Luis, MO, USA) in einer Zelldichte von 40.000 Zellen pro Zellkulturschale (0 3,5 cm) bei 37°C und 5% CO2 inkubiert und bei einer Konfluenzdichte von etwa 90% in die nachfolgenden Schritte eingesetzt. HEK293 -Zellen wurden direkt in einer Fusi- onsmischung, umfassend l,2-Dioleoyl-sn-Glycero-3-Phosphoethanolamine (DOPE: Molekülsorte C), l,2-Dioleoyl-3- Trimethylammonium-Propane (DOTAP: Molekülsorte A), (beide von Avanti Polar Lipids Inc. Alabama, AL, USA), JV-(4,4-Difluoro-5,7-Dimethyl-4-Bora- 3 a,4a-Diaza-5-Indacene-3 -Propionyl)- 1 ,2-Dihexadecanoyl-5«-Glycero-3 - Phosphoethanolamine, Triethylammonium Salz (Bodipy FL-DHPE: Molekülsorte B) (In- vitrogen, Eugene, OR, USA) und l,2-Dioleoyl-sn-Glycero-3-[(N-(5-Amino-l- Carboxypentyl)Iminodiacetic Acid)Succinyl] (Nickel Salz) (DOGS-NTA: Molekülsorte D Avanti Polar Lipids Inc.) im Gewichtsverhältnis von DOPE/DOTAP/Bodipy FL- DHPE/DOGS-NTA (1/1/0,1/0,002 wt/wt) in einer Endkonzentration von 20 μg Lipid/ml RPMI Medium (Sigma Aldrich) 10 bis 20 Minuten lang bei 37 °C und 5 % CO2 inkubiert. Die Fusionsmischung wurde auf folgende Weise vorbereitet. Die Lipidkomponenten (Molekülsorten A bis D) wurden erst in Chloroform (VWR, Darmstadt, Deutschland) homogen gemischt. Anschließend wurde die Lösung im Vakuum 30 bis 60 Minuten eingetrocknet. Die Lipidmoleküle wurden erneut in einer Pufferlösung von 20 mM (2-[4-(2-Hydroxyethyl)-l- piperazinyl]-ethansulfonsäure) (HEPES- Puffer) (VWR) in einer Endkonzentration von 2 mg Lipid/ml Puffer aufgenommen und im Ultraschallbad (80-100 W) 20 Minuten homogenisiert. Human Embryonic Kidney (HEK 293) (DSMZ, Germany) cells were grown in RPMI medium (Sigma Aldrich, St. Luis, Mo., USA) at a cell density of 40,000 cells per cell culture dish (0 3.5 cm) at 37 ° C and 5 % CO 2 incubated and used at a confluence density of about 90% in the subsequent steps. HEK293 cells were directly in a fusion mixture comprising l, 2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine (DOPE: molecular grade C), l, 2-dioleoyl-3-trimethylammonium-propane (DOTAP: molecular grade A), (both from Avanti Polar Lipids Inc. Alabama, AL, USA), JV- (4,4-difluoro-5,7-dimethyl-4-bora- 3 a, 4a-diaza-5-indacene-3-propionyl) - 1, 2-Dihexadecanoyl-5-glycero-3-phosphoethanolamine, triethylammonium salt (Bodipy FL-DHPE: molecular grade B) (In Vitrogen, Eugene, OR, USA) and 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3 [(N- (5-Amino-1-carboxypentyl) iminodiacetic acid) succinyl] (nickel salt) (DOGS-NTA: Molecule D Avanti Polar Lipids Inc.) in the weight ratio of DOPE / DOTAP / Bodipy FL-DHPE / DOGS-NTA (1/1 / 0.1 / 0.002 wt / wt) in a final concentration of 20 μg lipid / ml RPMI medium (Sigma Aldrich) for 10 to 20 minutes at 37 ° C and 5% CO 2 incubated. The fusion mixture was prepared in the following manner. The lipid components (molecule types A to D) were homogeneously mixed first in chloroform (VWR, Darmstadt, Germany). Subsequently, the solution was dried in vacuo for 30 to 60 minutes. The lipid molecules were resuspended in a buffer solution of 20 mM (2- [4- (2-hydroxyethyl) -1- piperazinyl] -ethanesulfonic acid) (HEPES buffer) (VWR) in a final concentration of 2 mg lipid / ml buffer and homogenized in an ultrasonic bath (80-100 W) for 20 minutes.
Die Mischung liegt somit als Liposom vor. Diese Mischung ist etwa 1 Monat lang im Kühlschrank bei 4 °C haltbar und nach einem wiederholten Homogenisierungsschritt wieder ver- wendbar. The mixture is thus present as a liposome. This mixture is stable for about 1 month in the refrigerator at 4 ° C and after a repeated Homogenisierungsschritt reusable.
5 μl dieser Fusionsmischung wurden 100-fach mit RPMI Medium (Sigma Aldrich) verdünnt und vor Zugabe zu einer Zellkulturschale mit HEK293 -Zellen erneut 5 bis 10 Minuten mittels Ultraschall (80-100 W) homogenisiert. Alle Preparationsschritte wurden bei Raumtemperatur ausgeführt. Anschließend wurden die Zellen mit RPMI Medium (Sigma Aldrich) gewaschen und die Fusion des Reagenzes mit der Zellmembran am Fluoreszenzmikroskop (LSM 710 von Carl Zeiss Microimaging GmbH, Jena) überprüft. 5 μl of this fusion mixture was diluted 100 times with RPMI medium (Sigma Aldrich) and homogenized again with ultrasound (80-100 W) for 5 to 10 minutes before addition to a cell culture dish with HEK293 cells. All preparation steps were carried out at room temperature. Subsequently, the cells were washed with RPMI medium (Sigma Aldrich) and the fusion of the reagent with the cell membrane on the fluorescence microscope (LSM 710 from Carl Zeiss Microimaging GmbH, Jena) checked.
Fig. 5 zeigt eine derartige Überprüfung und weist auf eine Fusionseffizienz oberhalb von 80% hin. Diese Effizienz wurde mit Hilfe der mikroskopischen Aufnahmen durch Zählen festge- stellt. Fig. 5 shows such a check and indicates a fusion efficiency above 80%. This efficiency was determined by counting the microscopic images.
Um eine Bindung zwischen der reaktiven Kopfgruppe des verwendeten DOGS-NTA als Molekülsorte D mit einem Reaktionspartner zu ermöglichen, wurden die Zellen in einer Lösung von Tumor Necrosis Factor-α gebunden an ein όxhistidin-repeat (TNFa- His-Tag) (ProSpec, Rehovot, Israel) in der Konzentration von 1 bis 5 ng/ml RPMI Medium etwa 20 Minuten, bei 37 0C und 5 % CO2 inkubiert. In order to allow binding between the reactive head group of the DOGS-NTA used as molecule type D with a reaction partner, the cells were bound in a solution of Tumor Necrosis Factor-α to a όxhistidine repeat (TNFa- His-tag) (ProSpec, Rehovot , Israel) at the concentration of 1 to 5 ng / ml of RPMI medium for about 20 minutes, incubated at 37 ° C. and 5% CO 2 .
Reste des Proteins wurden durch einen dreimaligen Waschprozesses mit RPMI Medium aus der Suspension entfernt. TNFα dient im Körper als Makrophagen aktivierender Faktor und stellt für das Immunsystem den Hauptfaktor in der Erkennung und Bekämpfung von Krebszellen dar. Um die Funktionalität des Systems zu überprüfen, wurden ausdifferenzierte Makrophagen verwendet. Humane Monocyten wurden aus Blut mittel Leukoseptsystem (Greiner bio-one, Kremsmünster, AU) und Biocoll Separationsmedium (Biochrom, Cambridge, UK) gewonnen. Nach der Zentrifugation mit 1000 g, 10 Minuten wurden Monocyten aus der gebildeten Interphase geerntet und nachträglich mit Phosphat-Puffer (PBS von Sigma Aldrich) gewaschen. Monocyten wurden in RPMI Medium (Sigma Aldrich) aufgenommen und bei 37 °C und 5 % CO2 inkubiert. Nach 2 Tagen wurde 0,1 ng/ml Granulocyten Mac- rophagen Kolonie Stimulationsfaktor (G-MCF von Sigma Aldrich) zu den Monocyten gege- ben. Nach weiteren 3 Tagen differenzierten sich inaktive Makrophagen aus Monocyten. Residues of the protein were removed from the suspension by a three-time wash with RPMI medium. TNFα functions as a macrophage activating factor in the body and is the major factor in the immune system's recognition and control of cancer cells. To test the functionality of the system, differentiated macrophages were used. Human monocytes were obtained from blood by Leukoseptsystem (Greiner bio-one, Kremsmuenster, AU) and Biocoll separation medium (Biochrom, Cambridge, UK). After centrifugation at 1000 g, 10 minutes were monocytes harvested from the interphase formed and subsequently washed with phosphate buffer (PBS from Sigma Aldrich). Monocytes were picked up in RPMI medium (Sigma Aldrich) and incubated at 37 ° C and 5% CO 2 . After 2 days, 0.1 ng / ml granulocyte macrophage colony stimulation factor (G-MCF from Sigma Aldrich) was added to the monocytes. After another 3 days, inactive macrophages differentiated from monocytes.
Die so gewonnenen Makrophagen wurden anschließend auf einem HEK 293-Zell Rasen ausplattiert, die mittels der Fusion und nachfolgender Inkubation mit TNFα- His-Tag das Erkennungssignal für Makrophagen tragen sollten. Bei Erkennung sollte die zelluläre Immunantwort in Makrophagen induziert werden und HEK 293-Zellen lysiert werden. Als Kontrolle wurden HEK-Zellen identisch behandelt, nur dass das amphipatische Molekül mit reaktiver Kopfgruppe von der Molekülsorte D (DOGS-NTA) aus dem Fusionsansatz herausgelassen wurde. Beide Ansätze wurden für 24 Stunden inkubiert und nachfolgend lichtmikroskopisch analysiert (LSM 710 von Carl Zeiss Microimaging GmbH, Jena). Abbildung 6 zeigt die Erkennung und Lyse von HEK293- Zellen (Bildung von Plaques) nur auf den mit DOGS-NTA (Molekülsorte D) im Fusionsansatz inkubierten Zellen. Dieses Beispiel zeigt, dass mittels Membranfusion gezielt Zelltypen markiert und beispielhaft für das Immunsystem sichtbar gemacht werden können. The macrophages thus obtained were then plated out on a HEK 293 cell lawn, which should carry the recognition signal for macrophages by means of the fusion and subsequent incubation with TNFα-His-tag. Upon detection, the cellular immune response in macrophages should be induced and HEK 293 cells lysed. As a control, HEK cells were treated identically, except that the amphipathic molecule with reactive head group of molecule type D (DOGS-NTA) was released from the fusion mixture. Both batches were incubated for 24 hours and subsequently analyzed by light microscopy (LSM 710 from Carl Zeiss Microimaging GmbH, Jena). Figure 6 shows the detection and lysis of HEK293 cells (formation of plaques) only on the cells incubated with DOGS-NTA (molecule type D) in the fusion mixture. This example shows that by means of membrane fusion targeted cell types can be marked and made visible to the immune system by way of example.
Weiteres Ausführungsbeispiel zur Zellmembranmodifikation durch Mischung der Sorten A-D zur Proteinbindung auf der Zellmembranoberfläche durch Biotin-Avidin/Streptavidin- Bindung: Another exemplary embodiment of cell membrane modification by mixing varieties A-D for protein binding on the cell membrane surface by biotin-avidin / streptavidin binding:
Kardiale Fibroblasten wurden aus embryonalen (Tag 19) Rattenherzen isoliert und in FlO Harn' s Medium (Sigma Aldrich, St. Luis, MO, USA) in einer Dichte von 20.000 Zellen pro Zellkulturschale (0 3,5 cm) bei 37 °C und 5 % CO2 inkubiert. Über einen Zeitraum von 6 Tagen differenzierten die kardialen Fibroblasten zu Myofibroblasten und wurden beim nachfolgenden erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt. Cardiac fibroblasts were isolated from embryonic (day 19) rat hearts and in FlO urinary medium (Sigma Aldrich, St. Luis, MO, USA) at a density of 20,000 cells per cell culture dish (0 3.5 cm) at 37 ° C and 5% CO 2 incubated. Over a period of 6 days, the cardiac fibroblasts differentiated into myofibroblasts and were used in the subsequent method according to the invention.
Die Myofibroblasten wurden direkt in einer Fusionsmischung umfassend 1 ,2-Dioleoyl-sn- Glycero-3-Phosphoethanolamine (DOPE: Molekülsorte C), l,2-Dioleoyl-3- Trimethylammo- nium-Propane (DOTAP: Molekülsorte A), (beide von Avanti Polar Lipids Inc. Alabama, AL, USA), Texas Red l^-Dihexadecanoyl-^n-Glycero-S-Phosphoethanolamine (Triethylammoni- um salt) (TexasRed-DHPE: Molekülsorte B) (Invitrogen, Eugene, OR, USA) und 1,2- Dioleoyl-.srt-Glycero-3-Phosphoethanolamine-N-cap-Biotin (capBioDOPE: Molekülsorte D Avanti Polar Lipids Inc.) im Gewichtsverhältnis von DOPE/DOTAP/TexasRed- DHPE/capBioDOPE (1/1/0,1/0,1 wt/wt) in einer Endkonzentration von 20 μg Lipid/ml FlO Harn' s Medium Medium (Sigma Aldrich) 10 bis 20 Minuten lang bei 37 °C und 5 % CO2 inkubiert. The myofibroblasts were directly incubated in a fusion mixture comprising 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine (DOPE: molecular grade C), 1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium-propane (DOTAP: molecular grade A), both by Avanti Polar Lipids Inc. Alabama, AL, USA), Texas Red l, -diihexadecanoyl-n-glycero-S-phosphoethanolamine (triethylammonium salt) (Texas Red DHPE: Molecule B) (Invitrogen, Eugene, OR, USA) and 1,2-dioleoyl-s.srt Glycero-3-phosphoethanolamine-N-cap-biotin (capBioDOPE: molecule type D Avanti Polar Lipids Inc.) in the weight ratio of DOPE / DOTAP / Texas Red DHPE / capBioDOPE (1/1 / 0.1 / 0.1 wt / wt ) in a final concentration of 20 μg lipid / ml FlO urinary medium medium (Sigma Aldrich) for 10 to 20 minutes at 37 ° C and 5% CO 2 .
Die Fusionsmischung wurde auf folgende Weise vorbereitet. Die Lipidkomponenten (Molekülsorten A bis D) wurden erst in Chloroform (VWR, Darmstadt, Deutschland) homogen ge- mischt. Anschließend wurde die Lösung im Vakuum 30 bis 60 Minuten eingetrocknet. Die Lipidmoleküle wurden erneut in einer Pufferlösung von 20 mM (2-[4-(2-Hydroxyethyl)-l- piperazinylj-ethansulfonsäure) (HEPES- Puffer) (VWR) in einer Endkonzentration von 2 mg Lipid/ml Puffer aufgenommen und im Ultraschallbad (80-100 W) 20 Minuten homogenisiert. The fusion mixture was prepared in the following manner. The lipid components (molecule types A to D) were first homogeneously mixed in chloroform (VWR, Darmstadt, Germany). Subsequently, the solution was dried in vacuo for 30 to 60 minutes. The lipid molecules were resuspended in a buffer solution of 20 mM (2- [4- (2-hydroxyethyl) -l-piperazinyl-1-ethanesulfonic acid) (HEPES buffer) (VWR) to a final concentration of 2 mg lipid / ml buffer and sonicated (80-100 W) homogenized for 20 minutes.
Die Mischung liegt somit als Liposom vor. Diese Mischung ist etwa 1 Monat lang im Kühl- schrank bei 4 °C haltbar und nach einem wiederholten Homogenisierungsschritt wieder verwendbar. The mixture is thus present as a liposome. This mixture is stable for about 1 month in the refrigerator at 4 ° C and reusable after a repeated homogenization step.
5 μl dieser Fusionsmischung wurden 100-fach mit FlO Ham's Medium Medium (Sigma Aldrich) verdünnt und vor Zugabe zu einer Zellkulturschale mit Myofibroblasten erneut 5 bis 10 Minuten mittels Ultraschall (80-100 W) homogenisiert. Alle Preparationsschritte wurden bei Raumtemperatur ausgeführt. 5 μl of this fusion mixture was diluted 100 times with FlO Ham's medium medium (Sigma Aldrich) and homogenized again for 5 to 10 minutes by means of ultrasound (80-100 W) before addition to a cell culture dish with myofibroblasts. All preparation steps were carried out at room temperature.
Anschließend wurden die Zellen mit FlO Ham's Medium Medium (Sigma Aldrich) gewaschen und die Fusion des Reagenzes mit der Zellmembran am Fluoreszenzmikroskop (LSM 710 von Carl Zeiss Microimaging GmbH, Jena) überprüft. Subsequently, the cells were washed with FlO Ham's medium medium (Sigma Aldrich) and the fusion of the reagent with the cell membrane on the fluorescence microscope (LSM 710 from Carl Zeiss Microimaging GmbH, Jena) checked.
Fig. 7 zeigt eine derartige Überprüfung und weist auf eine Fusionseffizienz oberhalb von 80 % hin. Diese Effizienz wurde mit Hilfe der mikroskopischen Aufnahmen durch Zählen festgestellt. Um eine Bindung zwischen der reaktiven Kopfgruppe des verwendeten capBioDOPE als Molekülsorte D mit einem Reaktionspartner zu ermöglichen, wurden die Zellen in einer Lösung von Streptavidin/Streptavidin-AlexaFluoro488 (beide von Invitrogen, Eugene, OR, USA ) 100/1 mol/mol% in der Gesamtproteinkonzentration von 1 mg/ml FlO Harn 's Medium etwa 20 Minuten, bei 37 °C und 5 % CO2 inkubiert. Fig. 7 shows such a check and indicates a fusion efficiency above 80%. This efficiency was determined by counting with the help of microscopic images. In order to allow binding between the reactive head group of capBioDOPE used as molecule type D with a reaction partner, the cells in a solution of streptavidin / streptavidin-AlexaFluoro488 (both from Invitrogen, Eugene, OR, USA) 100/1 mol / mol% in the total protein concentration of 1 mg / ml FlO urinary medium for about 20 minutes, incubated at 37 ° C and 5% CO 2 .
Reste des Proteins wurden durch einen dreimaligen Waschprozesses mit FlO Ham's Medium Medium aus der Suspension entfernt. Residues of the protein were removed from the suspension by a three-time wash with FlO Ham's medium.
Fig. 7 zeigt eine eindeutige Colokalisation von Phospholipid (rot) und zur Zelloberfläche gebundene Proteine (grün). Weiteres Ausführungsbeispiel zur Zellmembranmodifikation durch Mischung der Sorten A-D zur Modifizierung der Zellmembranzusammensetzung: Figure 7 shows a clear colocalization of phospholipid (red) and cell surface bound proteins (green). Another embodiment for cell membrane modification by mixing the grades A-D to modify the cell membrane composition:
Kardiale Fibroblasten wurden aus embryonalen (Tag 19) Rattenherzen isoliert und in FlO Ham's Medium (Sigma Aldrich, St. Luis, MO, USA) in einer Dichte von 20.000 Zellen pro Zellkulturschale (0 3,5 cm) bei 37 °C und 5 % CO2 inkubiert. Über einen Zeitraum von 6 Tagen differenzierten die kardialen Fibroblasten zu Myofibroblasten und wurden beim nachfolgenden erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt. Cardiac fibroblasts were isolated from embryonic (day 19) rat hearts and resuspended in FlO Ham's medium (Sigma Aldrich, St. Luis, Mo., USA) at a density of 20,000 cells per cell culture dish (0-3.5 cm) at 37 ° C and 5%. CO 2 incubated. Over a period of 6 days, the cardiac fibroblasts differentiated into myofibroblasts and were used in the subsequent method according to the invention.
Die Myofibroblasten wurden direkt in einer Fusionsmischung umfassend 1 ,2-Dioleoyl-sn- Glycero-3-Phosphoethanolamine (DOPE: Molekülsorte C), l,2-Dioleoyl-3- Trimethylammo- nium-Propane (DOTAP: Molekülsorte A), (beide von Avanti Polar Lipids Inc. Alabama, AL, USA), Texas Red l,2-Dihexadecanoyl-5'n-Glycero-3-Phosphoethanolamine (Triethylammoni- um salt) (TexasRed-DHPE: Molekülsorte B) und N-(4,4-Difluoro-5,7-Dimethyl-4-Bora- 3a,4a-Diaza-s-Indacene-3-Dodecanoyl)Sphingosyl Phosphocholine (B FL-SM: Molekülsorte D) (beide von Invitrogen, Eugene, OR, USA) im Gewichtsverhältnis von DOPE/DOTAP/TexasRed-DHPE/BFL-SM (1/1/0,1/0,01 wt/wt) in einer Endkonzentration von 20 μg Lipid/ml FlO Ham's Medium Medium (Sigma Aldrich) 10 Minuten lang bei 37 °C und 5 % CO2 inkubiert. Die Fusionsmischung wurde auf folgende Weise vorbereitet. Die Lipidkomponenten (Molekülsorten A bis D) wurden erst in Chloroform (VWR, Darmstadt, Deutschland) homogen gemischt. Anschließend wurde die Lösung im Vakuum 30 bis 60 Minuten eingetrocknet. Die Lipidmoleküle wurden erneut in einer Pufferlösung von 20 mM (2-[4-(2-Hydroxyethyl)-l- piperazinyl]-ethansulfonsäure) (HEPES- Puffer) (VWR) in einer Endkonzentration von 2 mg Lipid/ml Puffer aufgenommen und im Ultraschallbad (80-100 W) 20 Minuten homogenisiert. The myofibroblasts were directly incubated in a fusion mixture comprising 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine (DOPE: molecular grade C), 1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium-propane (DOTAP: molecular grade A), both by Avanti Polar Lipids Inc. Alabama, AL), Texas Red 1, 2-dihexadecanoyl-5'n-glycero-3-phosphoethanolamine (triethylammonium salt) (TexasRed-DHPE: molecular grade B) and N- (4, 4-difluoro-5,7-dimethyl-4-bora- 3a, 4a-diaza-s-indacene-3-dodecanoyl) sphingosyl phosphocholines (B FL-SM: molecular type D) (both from Invitrogen, Eugene, OR, USA) in the weight ratio of DOPE / DOTAP / Texas Red-DHPE / BFL-SM (1/1 / 0.1 / 0.01 wt / wt) in a final concentration of 20 μg lipid / ml FlO Ham's medium medium (Sigma Aldrich) for 10 minutes incubated at 37 ° C and 5% CO 2 . The fusion mixture was prepared in the following manner. The lipid components (molecule types A to D) were homogeneously mixed first in chloroform (VWR, Darmstadt, Germany). Subsequently, the solution was dried in vacuo for 30 to 60 minutes. The lipid molecules were resuspended in a buffer solution of 20 mM (2- [4- (2-hydroxyethyl) -l-piperazinyl] ethanesulfonic acid) (HEPES buffer) (VWR) to a final concentration of 2 mg lipid / ml buffer and incubated in Ultrasonic bath (80-100 W) homogenized for 20 minutes.
Die Mischung liegt somit als Liposom vor. Diese Mischung ist etwa 1 Monat lang im Kühlschrank bei 4°C haltbar und nach einem wiederholten Homogenisierungsschritt wieder verwendbar. 5 μl dieser Fusionsmischung wurden 100-fach mit FlO Ham's Medium Medium (Sigma Aldrich) verdünnt und vor Zugabe zu einer Zellkulturschale mit Myofibroblasten erneut 5 bis 10 Minuten mittels Ultraschall (80-100 W) homogenisiert. Alle Preparationsschritte wurden bei Raumtemperatur ausgeführt. The mixture is thus present as a liposome. This mixture is stable for about 1 month in the refrigerator at 4 ° C and reusable after a repeated Homogenisierungsschritt. 5 μl of this fusion mixture was diluted 100 times with FlO Ham's medium medium (Sigma Aldrich) and homogenized again for 5 to 10 minutes by means of ultrasound (80-100 W) before addition to a cell culture dish with myofibroblasts. All preparation steps were carried out at room temperature.
Anschließend wurden die Zellen mit FlO Ham's Medium Medium (Sigma Aldrich) gewa- sehen und die Fusion des Reagenzes mit der Zellmembran am Fluoreszenzmikroskop (LSM 710 von Carl Zeiss Microimaging GmbH, Jena) überprüft. Subsequently, the cells were washed with FlO Ham's medium medium (Sigma Aldrich) and the fusion of the reagent with the cell membrane was checked on the fluorescence microscope (LSM 710 from Carl Zeiss Microimaging GmbH, Jena).
Fig. 8 zeigt eine derartige Überprüfung im Rahmen des Ausführungsbeispiels und des Einbaus der Phospholipid Moleküle (TexasRed-DHPE) als auch der Sphingolipide (BFL-SM) in die Plasmamembran eines Myofibroblasten. Weg 4: Zellmembranmodifikation durch Mischung der Sorten A-C auf Gewebeproben: Fig. 8 shows such a check in the context of the embodiment and the incorporation of the phospholipid molecules (Texas Red-DHPE) and the sphingolipids (BFL-SM) in the plasma membrane of a myofibroblast. Route 4: Cell membrane modification by mixing varieties A-C on tissue samples:
Mit der Fusionsmischung können nicht nur einzelne Säugerzellen, sondern auch Zellen im Gewebe und in Gewebeschnitten zur Fusion gebracht werden (siehe Figur 9.). Es wurde primäres Herzbeutelgewebe (Perikard) aus embryonalen Ratten (Tag 19) isoliert und in FlO Ham's Medium (Sigma Aldrich, St. Luis, MO, USA) auf einer 3,5 cm Zellkulturschale mit einer Fusionsmischung von l,2-Dioleoyl-sn-Glycero-3-Phosphoethanolamine (DOPE: Molekülsorte C), l,2-Dioleoyl-3- Trimethylammonium-Propane (DOTAP: Molekülsorte A), (beide von Avanti Polar Lipids Inc. Alabama, AL, USA) und N-(4,4-Difluoro-5,7-Dimethyl-4-Bora- Sa^a-Diaza-s-Indacene-S-Propionyty-l^-Dihexadecanoyl-.src-Glycero-S- Phosphoethanolamine, Triethylammonium Salz (Bodipy FL-DHPE: Molekülsorte B) (In- vitrogen, Eugene, OR, USA) in einem Gewichtsverhältnis von 1/1/0.1 wt/wt, bei 37 °C und 5 % CO2 1 Stunde inkubiert. (Molekülsorte C und B wurden von Avanti Polar Lipids Inc., Alabama, AL, USA; Molekülsorte B von Invitrogen, Eugen, OR, USA besorgt). Die Fusi- onsmischung wurde auf folgende Weise vorbereitet: Not only individual mammalian cells but also cells in the tissue and in tissue sections can be brought into fusion with the fusion mixture (see FIG. 9). Primary pericardium from embryonic rats (day 19) was isolated and transplanted into FlO Ham's medium (Sigma Aldrich, St. Luis, Mo., USA) on a 3.5 cm cell culture dish with a fusion mixture of 1,2-dioleoyl-sn Glycero-3-phosphoethanolamine (DOPE: molecular grade C), 1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium-propane (DOTAP: molecular grade A), (both from Avanti Polar Lipids Inc. Alabama, AL, USA) and N- (4 , 4-Difluoro-5,7-dimethyl-4-boron-Sa-a-diaza-s-indacene-S-propionyl-1-dihexadecanoyl-.src-glycero-S- Phosphoethanolamine, triethylammonium salt (Bodipy FL-DHPE: molecule type B) (In Vitrogen, Eugene, OR, USA) in a weight ratio of 1/1 / 0.1 wt / wt, incubated at 37 ° C and 5% CO2 for 1 hour. (Molecule C and B were obtained from Avanti Polar Lipids Inc., Alabama, AL, USA; B, type molecule from Invitrogen, Eugen, OR, USA). The fusion mixture was prepared in the following way:
Die Lipidkomponenten (Molekülsorte A bis C) wurden erst in Chloroform (VWR, Darmstadt, Deutschland) homogen gemischt. Anschließend wurde die Lösung im Vakuum 30 bis 60 Minuten eingetrocknet. Die Lipidmoleküle wurden erneut in einer Pufferlösung von 20 mM (2- [4-(2-Hydroxyethyl)-l-piperazinyl]-ethansulfonsäure) (HEPES- Puffer) (VWR, Darmstadt, Deutschland) in einer Endkonzentration von 2 mg Lipid/ml Puffer aufgenommen und im Ultraschallbad (80-100 W) 20 Minuten homogenisiert. Die Mischung liegt wiederum als Liposom haltbar bei 4 °C vor.  The lipid components (molecule type A to C) were homogeneously mixed first in chloroform (VWR, Darmstadt, Germany). Subsequently, the solution was dried in vacuo for 30 to 60 minutes. The lipid molecules were resuspended in a buffer solution of 20 mM (2- [4- (2-hydroxyethyl) -l-piperazinyl] ethanesulfonic acid) (HEPES buffer) (VWR, Darmstadt, Germany) to a final concentration of 2 mg lipid / ml Buffer recorded and homogenized in an ultrasonic bath (80-100 W) for 20 minutes. The mixture is again present as a liposome stable at 4 ° C.
5 μl dieser Fusionsmischung wurden 100-fach mit FlO Ham's Medium (Sigma Aldrich) verdünnt und vor Zugabe zur Gewebeprobe erneut 5-10 Minuten mittels Ultraschall (80-100 W) homogenisiert. Alle Präparationsschritte wurden bei Raumtemperatur ausgeführt. 5 μl of this fusion mixture was diluted 100 times with FlO Ham's medium (Sigma Aldrich) and again homogenized for 5-10 minutes by means of ultrasound (80-100 W) before addition to the tissue sample. All preparation steps were carried out at room temperature.
Anschließend wurde das fusionierte Gewebe fluoreszenz-mikroskopisch analysiert (LSM 710 von Carl Zeiss Microimaging GmbH, Jena). Fig. 9. zeigt, dass sowohl Zellen der äußeren Gewebeschicht als auch Zellen in tieferen Zellebenen sich erfolgreich fusionieren bzw. anfärben ließen. Etwa 3-4 Zellschichten aus Bindegewebszellen sind deutlich erkennbar. Eventuel- Ie Verwendung in der Gentherapie, Krebsbehandlung und Wundheilung ist hierdurch denkbar. Subsequently, the fused tissue was analyzed by fluorescence microscopy (LSM 710 from Carl Zeiss Microimaging GmbH, Jena). Figure 9 shows that both cells of the outer tissue layer and cells in deeper cell planes were successfully fused. About 3-4 cell layers of connective tissue cells are clearly visible. Eventual use in gene therapy, cancer treatment and wound healing is conceivable.
Es können weitere Ausführungsbeispiele angegeben werden. Diese sind in Tabelle 2 gezeigt. Die Verfahren zur Herstellung der Mischungen sind von den hier angegebenen vier Beispielprotokollen zu entnehmen. Die Zellmembranfusion folgt denen der oben genannten Verfah- ren. Im Sinne der Erfindung, sind alle Verfahrensschritte in den Ausführungsbeispielen in nicht einschränkender Natur anzusehen. Insbesondere sollen die Fusionsmischungen und deren Verwendung weit ausgelegt werden. Dies bedeutet, dass die in Ausführungsbeispielen gezeigte Wege und Fusionsmischungen miteinander kombiniert werden können um zu neue Mischungen und Ausführungen zu gelangen. Die vorliegend ausführlich dargestellten vier Wege gehen von Liposomen aus, da sich nach Chloroformzugabe und der Aufnahme in Puffer die amphiphatischen Bestandteile zu Liposomen umformen. Other embodiments can be specified. These are shown in Table 2. The processes for the preparation of the mixtures are to be taken from the four example protocols given here. The cell membrane fusion follows those of the above-mentioned methods. Within the meaning of the invention, all method steps in the exemplary embodiments are to be regarded as of a non-restrictive nature. In particular, the fusion mixtures and their use should be widely interpreted. This means that the paths and fusion mixtures shown in exemplary embodiments can be combined with one another in order to arrive at new mixtures and designs. The presently described in detail four ways are based on liposomes, since after chloroform addition and the inclusion in buffer, the amphiphatic components to form liposomes.
In der Patentanmeldung wird Bezug genommen auf farbige Figuren 1 -9, die dieser Patentan- meidung beiliegen. Wiedergaben dieser Figuren in schwarz-weiß sind der Patentanmeldung auf Grund der Offenlegungsvorschriften als Figuren 10-18 beigefugt. Dabei entspricht inhaltlich die Figur 10 der Figur 1. Die Figur 11 entspricht der Figur 2. Die Figur 12 entspricht der Figur 3. Die Figur 13 entspricht der Figur 4. Die Figur 14 entspricht der Figur 5. Die Figur 15 entspricht der Figur 6. Die Figur 16 entspricht der Figur 7. Die Figur 17 entspricht der Figur 8. Die Figur 18 entspricht der Figur 9. In the patent application, reference is made to colored figures 1 to 9 which accompany this patent application. Reproductions of these figures in black and white are attached to the patent application on the basis of the disclosure rules as Figures 10-18. 11 corresponds to FIG. 2. FIG. 12 corresponds to FIG. 3. FIG. 13 corresponds to FIG. 4. FIG. 14 corresponds to FIG. 5. FIG. 15 corresponds to FIG. FIG. 16 corresponds to FIG. 7. FIG. 17 corresponds to FIG. 8. FIG. 18 corresponds to FIG. 9.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Mischung amphipathischer Moleküle mit einer amphipathischen Molekülsorte A, welche im hydrophilen Bereich eine positive Gesamtladung aufweist und einer amphipathischen Molekülsorte B, welche im hydrophilen und/oder im hydrophoben Bereich ein delokalisiertes Elektronensystem ausbildet. 1. A mixture of amphipathic molecules having an amphipathic type of molecule A, which has a positive total charge in the hydrophilic region, and an amphipathic type of molecule B, which forms a delocalized electron system in the hydrophilic and / or hydrophobic region.
2. Mischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 2. Mixture according to one of the preceding claims,
gekennzeichnet durch  marked by
eine Molekülsorte B mit einem delokalisierten Elektronensystem, umfassend mindestens ein zyklisches Strukturmotiv, welches durch konjugierte Doppelbindungen und/oder freie Elektronenpaare und/oder unbesetzten p-Orbitale ausgebildet werden.  a type of molecule B with a delocalized electron system comprising at least one cyclic structural motif, which are formed by conjugated double bonds and / or lone pairs of electrons and / or unoccupied p orbitals.
3. Mischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 3. Mixture according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
kovalent gebundene Nachbaratome der Molekülsorte B im delokalisierten Elektronensystem einen Elektronegativitätsunterschied (Δχ) von größer oder gleich 0,4 aufweisen.  covalently bonded neighboring atoms of the molecule type B in the delocalized electron system have an electronegativity difference (Δχ) of greater than or equal to 0.4.
4. Mischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 4. Mixture according to one of the preceding claims,
gekennzeichnet durch  marked by
eine Molekülsorte B, umfassend eine Gruppe R, welches das delokalisierte  a type of molecule B comprising a group R which delocalized
Elektronensystem ausbildet.  Electron system trains.
5. Mischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 5. Mixture according to one of the preceding claims,
gekennzeichnet durch  marked by
l,2-Dioleoyl-3-Trimethylammonium-Propan (DOTAP) als Molekülsorte A.  l, 2-Dioleoyl-3-trimethylammonium propane (DOTAP) as molecule type A.
6. Mischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 6. Mixture according to one of the preceding claims,
gekennzeichnet durch  marked by
ein Phospholipid, an dem ein Fluoreszenzfarbstoff mit delokalisiertem  a phospholipid with a delocalized fluorescent dye
Elektronensystem als Gruppe R gebunden ist, als Molekülsorte B. Electron system is bound as a group R, as molecule type B.
7. Mischung nach vorhergehendem Anspruch, 7. Mixture according to the preceding claim,
gekennzeichnet durch  marked by
1 -Hexadecanoyl-2-Dodecanoyl-5«-Glycero-3-Phosphocholin oder 1 ,2-Dihexadecanoyl- 5«-Glycero-3-Phosphoethanolamin, oder l,2-Dioleoyl-5«-Glycero-3- Phosphoethanolamin, als Phosholipid der Molekülsorte B.  1 -hexadecanoyl-2-dodecanoyl-5-glycero-3-phosphocholine or 1,2-dihexadecanoyl-5-glycero-3-phosphoethanolamine, or 1,2-dioleoyl-5-glycero-3-phosphoethanolamine as phosholipid the molecule type B.
8. Mischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 8. Mixture according to one of the preceding claims,
gekennzeichnet durch  marked by
2-(4,4-Difluoro-5-Methyl-4-Bora-3a,4a-Diaza-5'-Indacene-3-Dodecanoyl) oder N-(4,4- Difluoro-5 ,7-Dimethyl-4-Bora-3 a,4a-Diaza-s-Indacene-3 -Propionyl) oder Lissamine Rhodamine B Sulfonyl oder (5-( Chlorosulfonyl)- 2-( IH, 2H, 3H, 5H, 6H, 7H, 1 IH, 2- (4,4-difluoro-5-methyl-4-boro-3a, 4a-diaza-5'-indacene-3-dodecanoyl) or N- (4,4-difluoro-5,7-dimethyl-4- Bora-3a, 4a-diaza-s-indacene-3-propionyl) or Lissamine rhodamine B sulfonyl or (5- (chlorosulfonyl) -2- (IH, 2H, 3H, 5H, 6H, 7H, 1HH,
12H, 13H, 15H, 16H, 17H- pyrido[ 3, 2, 1- ij] quinolizino[ 1', 9': 6, 7, 8] chromeno[ 2, 3- f] quinolin- 4- ium- 9- yl) benzenesulfonate oder 7-Nitro-2-l,3-Benzoxadiazol-4-yl oder Carboxyfluorescein oder 1-Pyrensulfonyl, welche das delokalisierte Elektronensystem in der Molekülsorte B ausbildet. 12H, 13H, 15H, 16H, 17H-pyrido [3, 2, 1-ij] quinolizino [1 ', 9': 6, 7, 8] chromeno [2, 3-f] quinolin-4-ium-9- yl) benzenesulfonate or 7-nitro-2-l, 3-benzoxadiazol-4-yl or carboxyfluorescein or 1-pyrensulfonyl, which forms the delocalized electron system in the molecule type B.
9. Mischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 9. Mixture according to one of the preceding claims,
gekennzeichnet durch  marked by
eine weitere amphipathische Molekülsorte C als Helfermolekül.  another amphipathic type of molecule C as a helper molecule.
10. Mischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 10. Mixture according to one of the preceding claims,
gekennzeichnet durch  marked by
1, 2-DiOIeOyI-An-GIyCCrO-S -Phosphoethanolamin (DOPE) als Molekülsorte C.  1, 2-dioloylo-an-Glycolo-S-phosphoethanolamine (DOPE) as molecule type C.
11. Mischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 11. Mixture according to one of the preceding claims,
gekennzeichnet durch  marked by
ein Verhältnis von 1 :0,05-0,2:1 wt/wt zwischen den Molekülsorten A, B und C.  a ratio of 1: 0.05-0.2: 1 wt / wt between the molecule types A, B and C.
12. Mischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 12. Mixture according to one of the preceding claims,
mit bis zu  up to
99 % wt amphipathische Molekülsorte A. 99% wt amphipathic type of molecule A.
13. Mischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 13. Mixture according to one of the preceding claims,
mit bis zu  up to
40 % wt amphipathische Molekülsorte B.  40% wt amphipathic type of molecule B.
14. Mischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 14. Mixture according to one of the preceding claims,
mit bis zu  up to
70 % wt amphipathische Molekülsorte C.  70% wt amphipathic type C.
15. Mischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 15. Mixture according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
diese in einem wässrigen Puffer gelöst vorliegt.  this is dissolved in an aqueous buffer.
16. Mischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 16. Mixture according to one of the preceding claims,
gekennzeichnet durch  marked by
Lipide als Molekülsorte A und/oder B und/oder C.  Lipids as molecule type A and / or B and / or C.
17. Liposom, umfassend 17. Liposome comprising
eine Mischung nach vorhergehendem Anspruch 15 und 16.  a mixture according to the preceding claims 15 and 16.
18. Mischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 18. Mixture according to one of the preceding claims,
gekennzeichnet durch  marked by
Polymere als Molekülsorte A und/oder B und/oder C.  Polymers as molecule type A and / or B and / or C.
19. Verfahren zur in vivo Zellmodifikation, 19. Method for in vivo cell modification,
gekennzeichnet durch  marked by
in Kontakt bringen und Fusion der Zellmembran mit einer Mischung oder einem Liposom nach einem der vorhergehenden Ansprüche.  contacting and fusion of the cell membrane with a mixture or a liposome according to any one of the preceding claims.
20. Verfahren nach vorhergehendem Anspruch, 20. Method according to the preceding claim,
gekennzeichnet durch  marked by
höchstens 1 bis 120 Minuten, vorzugsweise 10 bis 30 Minuten Kontakt zwischen der Zellmembran einer Zelle und der Mischung während der Fusion. no more than 1 to 120 minutes, preferably 10 to 30 minutes, of contact between the cell membrane of a cell and the mixture during fusion.
21. Verfahren nach Ansprüchen 19 bis 20, 21. The method according to claims 19 to 20,
gekennzeichnet durch  marked by
einen Anteil der fusionierten Zellen mit der Mischung oder dem Liposom (Effizienz) von über 50 %.  a fraction of fused cells with the mixture or liposome (efficiency) of over 50%.
22. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 19 bis 21 , 22. The method according to any one of the preceding claims 19 to 21,
gekennzeichnet dadurch,  characterized by
dass eine Funktionsgruppe im hydrophilen Bereich einer amphipatischen Molekülsorte D, insbesondere eine Chelatgruppe als Funktionsgruppe, der Mischung zugeführt und während der Fusion auf der Oberfläche der Zelle angeordnet wird.  a functional group in the hydrophilic region of an amphipathic molecule type D, in particular a chelate group as functional group, is added to the mixture and placed on the surface of the cell during the fusion.
23. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, 23. Method according to the previous claim,
gekennzeichnet dadurch,  characterized by
dass eine Mischung umfassend l,2-Dioleoyl-3-Trimethylammonium-Propan als Molekülsorte A und N-(4,4-Difluoro-5,7-Dimethyl-4-Bora-3a,4a-Diaza-s-Indacene-3- Propionyl)-l,2-Dihexadecanoyl-5«-Glycero-3-Phosphoethanolamine als Molekülsorte B und Triethylammonium Salz / 1 ,2-Dioleoyl-srt-Glycero-3-Phosphoethanolamin als Molekülsorte C und l,2-Dioleoyl-5«-Glycero-3-[(N-(5-Amino-l- a mixture comprising 1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium propane as the molecule type A and N- (4,4-difluoro-5,7-dimethyl-4-borora-3a, 4a-diaza-s-indacene-3 Propionyl) -l, 2-dihexadecanoyl-5'-glycero-3-phosphoethanolamine as type of molecule B and triethylammonium salt / 1, 2-dioleoyl-srt-glycero-3-phosphoethanolamine as molecule type C and l, 2-dioleoyl-5 - glycero-3 - [(N- (5-amino-l-
Carboxypentyl)Iminodiacetic Acid)Succinyl] (Nickelsalz) als Molekülsorte D z. B. in einem Mischungsverhältnis von 1 :0,l : 1 :0,002 wt/wt zur Fusion verwendet wird. Carboxypentyl) iminodiacetic acid) succinyl] (nickel salt) as molecule type D z. B. in a mixing ratio of 1: 0, 1: 1: 0.002 wt / wt is used for fusion.
24. Verfahren nach vorhergehendem Anspruch 23, 24. Method according to the preceding claim 23,
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
eine weitere Zellmodifikation durch Zugabe von rumor necrosis factor (TNF)α, gebunden an ein όxHistidin repeat, erfolgt.  a further cell modification by adding Rumor necrosis factor (TNF) α, bound to a όxHistidin repeat occurs.
25. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 19 bis 24, 25. The method according to any one of the preceding claims 19 to 24,
gekennzeichnet dadurch, dass  characterized in that
eine amphipathische Molekülsorte E der Mischung zugeführt und während der Fusion in der Membran der Zelle angeordnet wird, insbesondere Bacteriorhodopsin oder GIy- cophorin A oder Integrin als Molekülsorte E. an amphipathic type of molecule E is added to the mixture and placed during the fusion in the membrane of the cell, in particular bacteriorhodopsin or glycophorin A or integrin as molecule type E.
26. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 19 bis 25, 26. The method according to any one of the preceding claims 19 to 25,
gekennzeichnet dadurch, dass  characterized in that
eine nicht amphipathische, hydrophile Molekülsorte F in einer gepufferten Lösung einer getrockneten Mischung zugeführt und während der Fusion in das Lumen der Zelle ab- gegeben wird, insbesondere mit RNA, DNA, Ca2+, Peptid, Protein oder einem Arzneimittel wie Azetylsalicylsäure als Molekülsorte F. a non-amphipathic hydrophilic type of molecule F is added to a dried mixture in a buffered solution and released into the lumen of the cell during the fusion, in particular with RNA, DNA, Ca 2+ , peptide, protein or a drug such as acetylsalicylic acid as molecule type F ,
27. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche 19 bis 26, 27. The method according to any one of the preceding claims 19 to 26,
gekennzeichnet dadurch, dass  characterized in that
eine nicht amphipathische, hydrophobe Molekülsorte G der Mischung zugeführt und während der Fusion in der Membran der Zelle angeordnet wird, insbesondere Cholesterin, Vitamin A, D, E and K oder Arzneimittel wie Kortison als Molekülsorte G.  a non-amphipathic, hydrophobic molecule G is added to the mixture and placed during the fusion in the membrane of the cell, in particular cholesterol, vitamin A, D, E and K or drugs such as cortisone as molecule type G.
28. Mischung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 18, 28. Mixture according to one of the preceding claims 1 to 18,
gekennzeichnet durch  marked by
l,2-Dioleoyl-3-Trimethylarnmonium-Propan als Molekülsorte A und iV-(4,4-Difluoro- 5,7-Dimethyl-4-Bora-3a,4a-Diaza-5-Indacene-3-Propionyl)- 1 ,2-Dihexadecanoyl-s«- 1, 2-Dioleoyl-3-trimethyl-ammonium-propane as molecule type A and iV- (4,4-difluoro-5,7-dimethyl-4-bora-3a, 4a-diaza-5-indacene-3-propionyl) - 1 , 2-Dihexadecanoyl-s "-
Glycero-3-Phosphoethanolamine als Molekülsorte B und Triethylammonium Salz / 1,2- Dioleoyl-SH-Glycero-3-Phosphoethanolamin als Molekülsorte C und 1 , 2-Dioleoyl-5Η- Glycero-3-[(N-(5-Amino- 1 -Carboxypentyl)Iminodiacetic Acid)Succinyl] (Nickelsalz) als Molekülsorte D, insbesondere in einem Mischungsverhältnis von 1 :0,1 :1 :0,002 wt/wt. Glycero-3-phosphoethanolamine as type of molecule B and triethylammonium salt / 1,2-dioleoyl-SH-glycero-3-phosphoethanolamine as molecule type C and 1,2-dioleoyl-5Η-glycero-3 - [(N- (5-amino-) 1-carboxypentyl) iminodiacetic acid) succinyl] (nickel salt) as molecule type D, in particular in a mixing ratio of 1: 0.1: 1: 0.002 wt / wt.
29. Zelle, fusioniert in vivo mit einer Mischung bzw. einem Liposom nach einem der vorhergehenden Ansprüche. 29 cell fused in vivo with a mixture or a liposome according to any one of the preceding claims.
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