Vergleichende Untersuchungen zur Wirkung verschiedener Liposomenformulierungen auf das humane und murine Komplementsystem

Abstract

Der vererbte Defekt der NADPH-Oxidase phagozytärer Zellen hat die Septische Granulomatose (Chronic Granulomatous Disease, CGD), ein schweres Krankheitsbild mit rezidivierenden Infektionen und meist schlechter Prognose, zur Folge. Eine Hypothese ist, dass der vorliegende Mangel des intakten Enzyms NADPH-Oxidase durch spezifische Aufnahme von Glucose-Oxidase-haltigen Liposomen (GOL) durch die Zellen des Phagozytosesystems ausgeglichen werden kann, womit eine alternative Therapiemöglichkeit der CGD durch intravenöse Verabreichung von GOL bestünde. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die Aktivierung des murinen und humanen Komplementsystems durch verschiedene Liposomenformulierungen (Eiphosphatidylcholin- (EPC), Eiphosphatidylglycerol- (EPG) und Polyethylenglykol- (PEG) Liposomen, im murinen System zusätzlich durch Glucose-Oxidase-haltige Liposomen) mittels diverser in-vitro-Modelle als auch in vivo in einem Mausmodell für CGD, z.T. nach Infektion mit verschiedenen krankheitstypischen Erregern untersucht. Des Weiteren wurden die murinen Modelle mit dem humanen System verglichen. In unseren Versuchen zeigte sich insgesamt eine Aktivierung des Komplementsystems durch die verschiedenen Liposomenformulierungen. Sowohl im murinen als auch im humanen System gab es bei einzelnen Liposomenformulierungen eine unterschiedlich starke Auswirkung auf die verschiedenen untersuchten Komponenten des Komplementsystems. Im Ganzen zeigte sich im murinen und im humanen System eine geringere Aktivierung des Komplements durch PEG-Liposomen als durch EPC- und EPG-Liposomen, was durch die unterschiedliche Lipidzusammensetzung der einzelnen Liposomenformulierungen erklärt werden kann. Polyethylenglykol war in der Lipidzusammensetzung von EPC- und EPG-Liposomen nicht vertreten, so dass man im Rahmen der erhaltenen Ergebnisse davon ausgehen kann, dass Polyethylenglykol der entscheidende Bestandteil für die insgesamt niedrigere Komplementaktivierung war. Hierdurch konnte die in der Literatur postulierte „Tarnung“ der Liposomen durch PEG sowohl im murinen als auch im humanen System bestätigt werden. Da die verwendeten Methoden gut etabliert sind und auch der von uns neu etablierte CH50-Assay zur Bestimmung der Aktivität des Gesamtkomplements im murinen System funktioniert, eignen sich die in dieser Arbeit erzielten Ergebnisse und Methoden als Grundlage für weitere Forschungsarbeiten. Ebenso kann das Mausmodell in künftigen Untersuchungen dienen, da sich ähnliche Reaktionen auf die verschiedenen Liposomenformulierungen im murinen und im humanen Komplementsystem ergaben. Aufgrund der geringeren Komplement-Induktion durch PEG-Liposomen wären diese von den untersuchten Liposomenformulierungen die Geeignetsten, um in einem eventuellen therapeutischen Ansatz Verwendung zu finden.

Chronic Granulomatous Disease (CGD) is a primary immunodeficiency characterized by an inability of the phagocytic cells to produce NADPH-oxidase. Patients with CGD are characterized by an increased susceptibility to various and severe infections. One possible therapeutic approach to efficiently treat CGD might be the compensation of the NADPH-oxidase deficit by an incorporation of liposomes containing glucose oxidase (GOL) by the cells of the phagocyting system. To evaluate the activation of the murine and human complement system by different liposomes (egg-phosphatidylcholine (EPC), egg-phosphatidylglycerol (EPG), polyethylene glycol (PEG) and in the murine system also GOL) we used different in-vitro models and an infected and non-infected mouse model for CGD. In addition, we compared the findings in the murine and the human system. Overall, in our study, we found an activation of the complement system by the different liposomes. However, different liposomes had variable influence on the analyzed complement components in the murine and the human system. In the murine and the human system EPC- and EPG-liposomes showed a stronger activation of the complement system compared to PEG-liposomes. One possible explanation might be the different lipid composition of the liposomes. Polyethylene glycol is not an element of EPC and EPG liposomes which suggests that polyethylene glycol is responsible for the attenuated complement activation. This finding confirms the already postulated “masking” character of PEG-liposomes (“stealth liposomes”). In conclusion, PEG-liposomes are the most promising liposomes for possible therapeutic application. The presented results and well established methods can be used for further investigations in this field. Our newly established complement hemolytic 50% (CH50) assay is a reliable tool for detection of total complement activation in the murine system. The effects of liposomes on complement activation are similar in the murine and the human system, therefore the mouse model is suitable for future research.