Untersuchungen zu Interaktionen von Wirkstoffträgersystemen mit Zielmembranen mittels moderner Methoden der Fluoreszenzspektroskopie und -mikroskopie

Die vorliegende Dissertation befasst sich mit dem quantitativen Verständnis räumlich-zeitlicher Wechselwirkungen liposomaler Wirkstoffträgersysteme mit biologischen Ziel-membranen. Trotz der klinischen Etablierung liposomaler Formulierungen fehlt bislang ein detailliertes mechanistisches Modell der Membranfusion, Internalisierung und intra-zellulären Wirkstofffreisetzung auf molekularer Ebene. Zur Untersuchung dieser Prozesse wird eine integrierte zweiphotonenbasierte Fluores-zenzmethodik etabliert, die Zweiphotonen-Fluoreszenzlebenszeitmikroskopie (2P-FLIM), Zweiphotonen-Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie (2P-FCS) und Zweiphotonen-Fluoreszenz-Kreuzkorrelationsspektroskopie (2P-FCCS) kombiniert. Durch die simultane Anregung spektral getrennter Fluorophore bei 780 nm lassen sich dynamische Membran-prozesse tiefenaufgelöst, quantitativ und bei minimierter Phototoxizität erfassen. Im ersten Teil der Arbeit werden ladungsabhängige Wechselwirkungen zwischen liposo-malen Wirkstoffträgersystemen untersucht, wobei der Fokus auf Interaktionen zwischen Large Unilamellar Vesicles (LUV) sowie zwischen LUV und Giant Unilamellar Vesicles (GUV) als vereinfachtem Modellsystem für Zellmembranen liegt. Etwa 20 µm große GUV sind mit dem amphiphilen Fluoreszenzfarbstoff 3,3′-Dioctadecyloxacarbocyanin (DiOC18(3)) markiert, während LUV mit einem Durchmesser von etwa 100 nm den spektral unterschiedlichen fluoreszierenden Wirkstoff-Imitator Sulforhodamin 101 (SRh101) bzw. Quantenpunkte (QD655) enthalten. Durch gezielte Variation der Lipidzusammensetzung und Oberflächenladung der Vesikel wird der Einfluss elektrostatischer Wechselwirkungen auf den Liposomeninteraktionspro-zess untersucht. Dabei werden sowohl die Austauschkinetik als auch strukturelle Verände-rungen der Liposomenträger erfasst. Die Ergebnisse zeigen eine ausgeprägte Ladungsab-hängigkeit der LUV–GUV-Interaktionen und erlauben Rückschlüsse auf den Transfer des Wirkstoff-Imitators von kationischen LUV auf anionische bzw. neutrale GUV. Im zweiten Teil der Arbeit wird die Aufnahme wirkstoffbeladener Liposomen in lebende Zellen untersucht. Mithilfe von FLIM und FCS mit Zweiphotonenanregung werden das Interaktionsverhalten der Liposomen mit Zellmembranen sowie ihr intrazelluläres Schicksal analysiert. Es zeigt sich, dass die Effizienz der Internalisierung maßgeblich von der Lipidzusammensetzung der Vesikel abhängt. Veränderungen der Fluoreszenzabkling-zeiten und des Diffusionsverhaltens liefern zudem Hinweise auf strukturelle Umorganisa-tionen der Wirkstoffträger nach der Aufnahme. Insgesamt etabliert diese Arbeit einen methodischen Rahmen zur subzellulären Analyse liposomaler Wirkstoffträgersysteme und trägt zum physikalisch-chemischen Verständnis ihrer Membraninteraktion und Wirkstofffreisetzung bei.