title: Lectin binding pattern of selected human cell lines and its impact on improved drug delivery
Creators: name: Plattner, Verena Elisabeth
Publisher: name: :none
Year: 2009

description: Eukaryotische Zellen besitzen an der Außenseite ihrer Zellmembran einen Kohlenhydratsaum, die sogenannte Glykocalyx, die je nach Zelltyp aus unterschiedlichen Polysacchariden besteht. Neben Proteoglykanen sind diese in der Zellmembran über kovalente Bindung an Membranproteine oder Membranlipide verankert und können von biorekognitiven Proteinen wie Lektinen erkannt werden. Aufgrund dieser Fähigkeiten eignen sich Lektine zur Charakterisierung von Glykosylierungsmustern, die sich im Laufe der Entwicklung und Differenzierung, besonders aber auch im Rahmen einer malignen Transformation der Zellen verändern können. In der vorliegenden Dissertation wurden daher verschiedene Lektine pflanzlichen Ursprungs mit unterschiedlichen Zuckerspezifitäten ausgewählt und deren Interaktion mit folgenden Zelllinien untersucht: humane 5637 Zellen für Studien am Blasenkarzinom, humane C-28/I2, T/C-28a2 und primäre humane Chondrozyten für Knorpeluntersuchungen, porcine PBMEC/C1-2 und humane ECV304 Zellen für die Charakterisierung der Blut-Hirn Schranke und humane THP-1 Zellen als Modell für Monozyten, die die Fähigkeit besitzen zu Makrophagen zu differenzieren. Da einige dieser Zelllinien erst im Zuge der Dissertation in der Arbeitsgruppe etabliert wurden, lag ein Hauptaugenmerk auf einer detaillierten Charakterisierung dieser Zelllinien, um in Zukunft zuverlässige Ergebnisse zu erhalten. Nach Evaluierung der bioadhäsiven Eigenschaften der eingesetzten Lektine sowie der Charakterisierung der Bindungsspezifität sollte überprüft werden, ob und in welchem Ausmaß Lektine in die Zellen aufgenommen werden. Dieser Aspekt ist bei einem Einsatz von Lektinen als „targeter“ für eine gezielte Pharmakotherapie von großer Bedeutung. In weiterer Folge wurden daher auch Weizenkeimagglutinin (WGA)-funktionalisierte Nanopartikel hergestellt und deren Aufnahme in THP-1 Zellen untersucht, wobei ähnlich wie für WGA alleine hohe Einbauraten erzielt werden konnten. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass die vorliegenden Ergebnisse eine primäre Bewertung des Glykosylierungsmusters der untersuchten Zelllinien erlauben und die prinzipielle Eignung eines Lektin-vermittelten Targetingkonzeptes aufzeigen, sodass diese Arbeit eine Grundlage für weiterführende in vivo-Studien darstellt.
description: The surface of mammalian cells is covered by a dense layer of complex carbohydrates, collectively known as the “glycocalyx” or cell coat. These sugar structures represent potential targets for biorecognitive proteins such as lectins, which, by definition, possess at least one non-catalytic domain that binds reversibly to specific mono- or oligosaccharides. Thus, lectins can serve as tools to characterize the glycosylation pattern of cells, which can change during development, differentiation, and malignant transformation. To pursue this major task of the work, various plant lectins with different carbohydrate specificities were applied to the following cell lines: human 5637 cells as model for bladder carcinoma, human C-28/I2, T/C-28a2, and primary human chondrocytes for cartilage research, porcine PBMEC/C1-2 and human ECV304 for characterization of the blood-brain barrier, and human THP-1 cells as model for human monocytes which undergo differentiation to macrophages. Concerning these cell models, another important aspect of the present work included the establishment of some of the above-mentioned cell lines and a detailed characterization, e.g. via immunofluorescent staining techniques. After evaluation of the bioadhesive properties of selected lectins and their binding specificity, ongoing focus was set on the mechanisms involved in uptake and intracellular fate of certain lectins being potentially useful as vehicles for lectin-mediated drug delivery. Further studies included the preparation of wheat germ agglutinin (WGA)-functionalized nanoparticles which were applied to untreated and differentiated THP-1 cells and revealed high uptake rates. In summary, the presented results allow an estimation of the carbohydrate composition of the cell lines under investigation and confirm the feasibility of the lectin-mediated targeting concept providing a sound basis for future in-vivo studies.