dc.contributor.author
Fehse, Susanne
dc.date.accessioned
2018-06-07T20:35:44Z
dc.date.available
2015-09-30T12:32:09.985Z
dc.identifier.uri
https://refubium.fu-berlin.de/handle/fub188/6980
dc.identifier.uri
http://dx.doi.org/10.17169/refubium-11179
dc.description.abstract
In der neurodegenerativen Alzheimer Krankheit (AD) ist neben anderen
Einflüssen Kupfer (Cu) ein starker Einflussfaktor. Im Gehirn von AD-Patienten
kommt es zu einer gestörten Cu-Homöostase. Cu beeinflusst die Expression,
Lokalisierung und Prozessierung von „amyloid precursor protein“ (APP), aus dem
durch proteolytische Spaltung toxische Amyloid--Peptide (A) entstehen
können, die als ursächlich für die AD angesehen werden. Von daher ist die
Verabreichung von Cu(II) ein potenzieller therapeutischer Ansatz und die
Auswirkungen einer Cu(II)-Gabe auf die AD-Symptomatik wurden bereits in
mehreren in vitro und in vivo Studien untersucht. In der vorliegenden Arbeit
werden drei Nanopartikel (NPs) näher charakterisiert, die mit Cu(II)-Ionen
beladen werden können und damit ein Vehikel für eine Cu-basierte Therapie
darstellen könnten. Diese NPs wurden strukturell in ihren chemischen
Eigenschaften untersucht und in zellulären Systemen sowie im Mausmodell
getestet. Alle drei NPs weisen eine dendritische Kern-Hülle-Architektur auf.
Bei CMS („core-multishell NP“) wird Cu(II) im Polyethylenimin-Kern (Freedman
et al.) gebunden. Bei den beiden strukturell gleich aufgebauten, sich aber in
der Größe unterscheidenden „core-shell NPs“ (CSNPs) hingegen erfolgt die
Cu(II)-Bindung in der N1,N1,N2-Trimethylethan-1,2-diamin-Hülle (TMEDA). Zu den
untersuchten Eigenschaften der NPs gehören die Cu(II)-Bindekapazität, die
Cu(II)-Bindespezifität, die pH-abhängige Cu-Freigabe und die zelluläre
Toxizität. Darauf aufbauend konnte gezeigt werden, dass eine Cu/NP-Behandlung
im Zellkultur-System zu gesteigerten zellulären Cu-Konzentrationen und
größtenteils zu einer erhöhten Cu-Bioverfügbarkeit führt. Zudem wurde der
Effekt auf die APP-Prozessierung in vitro untersucht. Mit Hilfe eines eigens
etablierten in vitro-Modells der Bluthirnschranke (BBB) konnte gezeigt werden,
dass die beiden Cu/NP-Komplexe Cu/CMS und Cu/CSNP1 mutmaßlich die BBB
passieren können, während Cu/CSNP2 diese Barriere nicht überwinden kann.
Aufgrund aussichtsreicher Eigenschaften wie erhöhter Cu-Bioverfügbarkeit und
BBB-Gängigkeit wurde Cu/CSNP1 im Tierversuch mit AD-Mäusen getestet. Die
erhofften positiven Auswirkungen, wie erhöhte Cu-Konzentrationen im Gehirn
oder verringerte A-Konzentrationen, ließen sich jedoch nicht beobachten.
Insgesamt zeigten sich in vitro vielversprechende Eigenschaften der Cu/NP-
Komplexe in Hinblick auf eine mögliche therapeutische Behandlung der AD,
allerdings wurden auch Defizite in den zellulären Auswirkungen der Cu/NPs
festgestellt. Die dieser Arbeit gewonnenen Erkenntnisse können genutzt werden,
die NPs dank der vielfältigen Modifikationsmöglichkeiten hinsichtlich ihres
strukturellen Aufbaus, ihrer Größe und ihrer Ladung zielgerichtet
weiterzuentwickeln.
de
dc.description.abstract
In the neurodegenerative Alzheimer’s disease (AD) copper (Cu) has a big
impact, among other factors. In the brain of AD patients an imbalanced Cu
homeostasis was detected. Furthermore, Cu influences expression, localization
and processing of amyloid precursor protein (APP). Proteolytic cleavage of APP
can result in the generation of toxic amyloid- peptides (A), which are seen
as the cause for AD. Therefore Cu(II) treatment is seen as a potential
therapeutic approach and was already investigated in several in vitro and in
vivo studies. On this background three different nanoparticles (NPs), that can
bind Cu(II) ions were analyzed as a part of this thesis. The NPs were examined
with regard to their chemical properties and their behavior in cellular
systems as well as in a mouse model. The three NPs are composed of a dendritic
core-shell architecture. The core-multishell NP (CMS) is able to bind Cu(II)
within the polyethylenimine (PEI) core. In contrast, the Cu(II) binding of the
two core-shell NPs (CSNPs) takes place in the
N1,N1,N2-trimethylethane-1,2-diamine (TMEDA) shell. CSNP1 and CSNP2 have an
identical composition, but differ in their size. The characteristics of the
Cu/NP complexes like Cu(II)-binding capacity, Cu(II)-binding specificity, pH-
dependent Cu release and cellular toxicity were analyzed. Additionally, it was
revealed that Cu/NP treatment leads to an increase of the cellular Cu level
and for the most parts to an increased cellular Cu bioavailability.
Furthermore, the influence of the APP cleavage was investigated in vitro.
Establishing an in vitro model of the blood-brain barrier (BBB) it could be
revealed, that the two NPs Cu/CMS and Cu/CSNP1 have the ability to cross the
BBB, whereas the Cu/CSNP2 is not able to pass this barrier. Due to these
promising results, e.g. Cu bioavailability and BBB-crossing ability, Cu/CSNP1
was tested in an AD-mouse model. Unfortunately, no positive effects like
increased Cu levels in the brain or decreased A levels were detected. In
general, many promising properties of the Cu/NP complexes were determined in
vitro that support a therapeutic approach for AD. On the other hand, a couple
of deficits were found regarding the cellular effects of the Cu/NPs. The
findings of this thesis will help to optimize the NPs due to the large array
of possibilities to change their composition, size and charge, and could
overall lead to a prospective development for this therapeutic approach easing
AD.
en
dc.rights.uri
http://www.fu-berlin.de/sites/refubium/rechtliches/Nutzungsbedingungen
dc.subject.ddc
500 Naturwissenschaften und Mathematik::570 Biowissenschaften; Biologie::572 Biochemie
dc.title
Charakterisierung von Cu/Nanocarrier-Komplexen im zellulären System
dc.contributor.contact
fehse@zedat.fu-berlin.de
dc.contributor.firstReferee
Prof. Dr. Markus Wahl
dc.contributor.furtherReferee
Prof. Dr. Petra Knaus
dc.date.accepted
2015-03-25
dc.identifier.urn
urn:nbn:de:kobv:188-fudissthesis000000100170-8
dc.title.translated
Characterisation of Cu/Nanocarrier Complexes in Cellular Systems
en
refubium.affiliation
Biologie, Chemie, Pharmazie
de
refubium.mycore.fudocsId
FUDISS_thesis_000000100170
refubium.mycore.derivateId
FUDISS_derivate_000000017740
dcterms.accessRights.dnb
free
dcterms.accessRights.openaire
open access