title: Tetraether lipid Liposomes for the Preparation of Novel Liposomal Drug Carriers
title: Tetraether lipid Liposomes for the Preparation of Novel Liposomal Drug Carriers
title: Tetraetherlipid-Liposomen zur Herstellung von Neuen Liposomalen Arzneistoffträgern
Creators: name: Özcetin, Aybike
Publisher: name: Philipps-Universität Marburg
Year: 2011
Subjects: Chorioallantoische Membran
Concanavalin A
Imatinib
Tetraether lipid liposome
Chorioallantoic Membrane
Tetraetherlipid-Liposomen
Tyrosine Kinase Inhibitor
Tyrosinkinaseinhibitor
Naturwissenschaften

description: Liposomes currently have a broad
      spectrum of medical applications, especially in diagnostics
      and therapy. Stability of the liposomal drug carriers is one
      of the most important limitations, which concerns fast
      elimination of vesicles in the human body. Therefore in this
      thesis, very stable tetraether lipid liposomes were prepared
      and characterized. The study consists of the investigation of
      stability properties of tetraether lipid liposomes, the
      lectin conjugation onto the liposomal membrane, tyrosine
      kinase inhibitor encapsulation and characterization of these
      liposomes. These investigations were structured in five
      chapters: Chapter 1 introduced the tetraether lipid
      liposomes, their extraction and preparation methods,
      stability properties and pharmaceutical applications. In this
      context, modification and application of the tetraether lipid
      liposomes as drug delivery systems were also discussed. This
      chapter focused on the application of liposomes in the field
      of cancer therapy as anti-angiogenic drug carriers. Chapter 2
      describes the tetraether lipid liposomes which were tailored
      with an archaeal lipid, Glycerol Dialkyl Nonitol Tetraether
      (GDNT), isolated from the thermoacidophilic archaeon
      Sulfolobus acidocaldarius. Investigations of thermal
      stability, stability during autoclavation and pH stability
      were carried out. Furthermore, morphological images were
      presented. In this chapter a special lipid was isolated and
      purified for the preparation of liposomal vesicles. Liposomes
      tailored with GDNT showed high stability in various pH and
      temperature conditions. The results showed that the GDNT
      liposomes are even stable after autoclavation. The second
      chapter was presented in the form of a protocol. Chapter 3
      describes stability properties of tetraether lipid liposomes
      under conditions simulating the pulmonary system and
      gastrointestinal tract. The tetraether lipids were isolated
      from the thermoacidophilic archaeon Thermoplasma acidophilum.
      In contrast to the liposome formulations presented in Chapter
      2, these liposomes were prepared with total tetraether lipids
      instead of a specific type of tetraether lipid. In addition
      to studies of pH stress and stability during autoclavation,
      the stability properties of these liposomes were investigated
      in fetal calf serum and lung surfactant conditions. The TEL
      content of the liposomes provides extreme stability to the
      liposomes which is very promising for drug delivery and
      targeting systems. The results of this work are considered as
      a preliminary study to elucidate the optimal ratio of
      tetraether lipid and conventional lipid for the following
      studies. Chapter 4 deals with lectin-carbohydrate
      interactions. The model lectin Concanavalin A (ConA)
      extracted from the Jack-bean Canavalia ensiformis was used to
      modify tetraether lipid liposomes. ConA binds to sugar
      domains localized on inflamed tissues or tumors. The ConA
      modified TEL liposomes provide an effective targeting
      mechanism to the inflamed area or tumors. The polymeric form
      of the sugar mannose, ―mannan‖, was used for the surface
      modification of a bio-chip. This bio-chip simulated the
      carbohydrate residues on the cell surface. The binding
      properties of ConA- modified liposomes onto the mannan coated
      chip surface were investigated with Reflectometric
      Interference Spectroscopic (RIfS) measurements which were
      performed with a BIAffinity device and subsequently with
      Atomic Force Microscopy (AFM). These measurements provide
      full information about the binding characteristics of ConA
      onto the mannan surface. In this regard, ConA can be
      considered as a useful model for the investigation of
      specific biomarkers. In the future, ligand conjugated TEL
      liposomes may serve as efficient carriers for specific drug
      targeting. Chapter 5 presents an anti-angiogenic effect of a
      tyrosine kinase inhibitor entrapped in tetraether lipid
      liposomes to protect the drug and to decrease the adverse
      effects on the organism. The anti-angiogenic effect was
      determined by investigation of blood vessels on a
      chorioallantoic membrane (CAM) model, especially because of
      its dense capillary network and eligibility of continuous
      screening of the implant. Besides in ovo investigations,
      anti-angiogenic effects of the tyrosine kinase inhibitor
      ―imatinib‖ entrapped tetraether liposomes were elucidated
      with cell viability and Western blot assays. According to the
      comparative results of application between imatinib solution
      and imatinib encapsulated tetraether lipid liposomes,
      tetraether lipid liposomes were considered to be promising
      carriers for tyrosine kinase inhibitors due to the high
      anti-angiogenesis efficiency with much lower drug
      concentration. This approach yields to decrease the
      undesirable side effects of the drug and reduces the amount
      of drug necessary for an efficient therapy.
description: Liposomen bieten ein breites
      Spektrum an medizinischen Anwendungsmöglichkeiten, besonders
      in der Diagnostik und der Therapie. Die Stabilität der
      Liposomen als Wirkstoffträger stellt dabei eine der größten
      Einschränkungen in der Anwendung dar, da die Gefahr eines
      schnellen Abbaus der Vesikel im menschlichen Körper besteht.
      Daher wurden im Rahmen dieser Arbeit hochstabile
      Tetraetherlipid-Liposomen (TEL-Liposomen) hergestellt und
      charakterisiert. Die vorliegende Arbeit umfasst die
      Untersuchung der Stabilität von Tetraetherlipid-Liposomen,
      die Lectinbindung dieser Liposomen und schließlich Liposomen
      als Träger eines Anti-Angiogenese-Wirkstoffes. Diese
      Untersuchungen sind in fünf Kapiteln strukturiert. Kapitel 1
      gibt eine Einführung in Tetraetherlipid-Liposomen, stellt
      Methoden zur Extraktion und Reinigung vor und beschreibt
      pharmazeutische Anwendungsmöglichkeiten. Darüber hinaus
      werden Modifikationen von TEL-Liposomen und deren Nutzung zum
      Wirkstofftransport diskutiert. Der Fokus dieses Kapitels
      liegt auf dem Einsatz von Liposomen als
      Antiangiogenese-Wirkstofftransporter in der Krebstherapie.
      Kapitel 2 charakterisiert Tetraetherlipid-Liposomen, die aus
      einem Archea-Lipid, Glycerol-Dialkyl-Nonitol-Tetraether
      (GDNT), hergestellt wurden, das aus dem thermoacidophilen
      Archaeon Sulfolobus acidocaldarius isoliert wurde. Es wurden
      Untersuchungen zur Thermostabilität, Stabilität während des
      Autoklavierens und pH-Stabilität durchgeführt. Weiterhin
      wurde eine morphologische Charakterisierung vorgenommen. In
      diesem Kapitel wurde ein spezifisches Lipid isoliert und
      gereinigt, um Liposomen herzustellen. Liposomen aus GDNT
      weisen eine hohe Stabilität in unterschiedlichen pH- und
      Temperaturbedingungen auf. Es konnte gezeigt werden, dass
      GDNT-Liposomen sogar nach dem Autoklavieren stabil bleiben.
      Kapitel 2 liegt in Form eines Methodenprotokolls vor. Kapitel
      3 beschreibt die Stabilitätseigenschaften von
      Tetraetherlipid-Liposomen unter Bedingungen, die die
      physiologischen Gegebenheiten im Atmungssystem und
      Magen-Darm-Trakt simulieren. Hierzu wurden Tetraether-Lipide
      aus dem thermoacidophilen Archaeon Thermoplasma acidophilum
      isoliert. Im Gegensatz zu den in Kapitel 2 vorgestellten
      Liposomzusammensetzungen wurden hier Liposomen aus dem
      Gesamtumfang der isolierten Tetraether-Lipide anstatt aus
      einer bestimmten Fraktion hergestellt. Zusätzlich zu
      Untersuchungen der Stabilität unter pH-Stress und
      Autoklavierungs-Bedingungen wurden die Liposomen in fetalem
      Kälberserum und Lungen-Surfactant untersucht. Der TEL-Anteil
      in den Liposomen verhilft ihnen dabei zu hoher Stabilität.
      Dies ist vielversprechend für einen späteren Einsatz im
      zielgerichteten Wirkstofftransport. Diese Untersuchungen
      können als Vorversuche zur Ermittlung der optimalen
      Lipidzusammensetzung von Liposomen angesehen werden, die in
      den weiterführenden Studien genutzt werden sollen. Kapitel 4
      beschäftigt sich mit Lectin-Kohlenhydrat-Interaktionen. Das
      Lektin Concavalin A (ConA), gewonnen aus der Jackbohne
      Canavalia ensiformis, wurde hier zur Modifikation von
      Tetraetherlipid-Liposomen eingesetzt. ConA bindet an
      Zuckerdomänen, wie sie in entzündetem Gewebe oder Tumoren
      vorkommen. Die ConA – modifizierten TEL-Liposomen stellen
      somit eine effektive Methode zur gezielten Anwendung in
      solchen Geweben dar. Die Polymerform des Zuckers Mannose,
      „Mannan―, wurde zur Beschichtung eines Bio-Chips genutzt, so
      dass Kohlenhydratreste auf einer Zelloberfläche simuliert
      werden konnten. Die Affinität der ConA – modifizierten
      Liposomen zum mannanbeschichteten Biochip wurde mittels
      Reflektrometrischer Interferenzspektroskopie untersucht, die
      mit einem BIAffinity-Gerät durchgeführt wurde, und weiterhin
      mittels Rasterkraftmikroskopie. Diese Messungen erlauben die
      vollständige Charakterisierung der Bindung von ConA an die
      Mannanoberfläche. In diesem Zusammenhang kann die
      ConA-Modifikation der TEL-Liposomen als Modellversuch für die
      Untersuchung spezifischer Biomarker betrachtet werden.
      Künftig könnten TEL-Liposomen als wirksame zielgerichtete
      Wirkstoffträger zum Einsatz kommen. Kapitel 5 schildert den
      Antiangiogenese-Effekt des Tyrosinkinaseinhibitos „imatinib―,
      der in TEL-Liposomen eingschlossen wurde, um den Wirkstoff zu
      schützen und Nebenwirkungen auf den Organismus zu minimieren.
      Der Antiangiogenese-Effekt wurde an Blutgefäßen in einem
      CAM-Modell (Chorioallantoische Membran im Hühnerei)
      untersucht, insbesondere aufgrund des dichten
      Kapillarnetzwerks und der Eignung für kontinuierliche
      Beobachtung des Implantats. Neben den in-ovo-Untersuchungen
      wurde der Antiangiogenese-Effekt der imatinib-beladenen
      TEL-Liposomen mittels Zellviabilität- und
      Western-Blot-Analysen charakterisiert. Aufgrund der gewonnen
      Erkenntnisse im direkten Vergleich von imatinib-geladenen
      TEL-Liposomen mit imatinib-Lösung konnten die TEL-Liposomen
      als vielversprechende Vektoren für Tyrosinkinaseinhibitoren
      dargestellt werden, da sie eine hohe Antiangiogeneseeffizienz
      mit einer niedrigeren Wirkstoffkonzentration erreichen.
      Dieser Ansatz soll helfen, unerwünsche Nebeneffekte des
      verwendeten Wirkstoffes zu minimieren und reduziert die für
      eine Therapie notwendige Wirkstoffmenge auf ein
      Mindestmaß.