Magnetically actuable delivery vehicles

Abstract

Supramolekulare Kapseln aus reiz-empfindlichen Trägermaterialien, stellen einige der erfolgreichsten klinischen Auslieferungssysteme für therapeutische Wirkstoffe dar. Vesikel werden seit jeher aufgrund ihres Potentials zur Einkapselung und zur umweltbedingten Freisetzung von therapeutischen und diagnostischen Agenzien als exzellente Trägersysteme geschätzt. Die strukturelle Einbindung von biokompatiblen, funktionellen Nanomaterialen wie etwa superparamagnetischen Eisenoxid-Nanopartikeln kann dazu verwendet werden, universelle Auslieferungssysteme zu kreieren, dessen Freisetzungsprofil durch Anlegen eines selektiven äußeren Reizes, beispielsweise eines magnetischen Feldes, gesteuert werden kann. Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer solchen theranostischen Platform sowie die Demonstration einer extern kontollierten Freisetzung einer Modellsubstanz durch magnetische Anregung. Die Synthese von monodispersen Nanokristallen und der vollständige Austausch der ursprünglichen Ligandenschale ist essentiell für die kontrollierte Herstellung der Kapseln und wird gezeigt. Es wurde eine wirkungsvolle Methode zur Einbettung von magnetischen Nanopartikeln entwickelt, die zur direkten und quantitativen Selborganisation von hydrophoben Eisenoxid-Kristallen und membranformenden Amphiphilen in kontollierte Magnetosome führt. Das neue Verfahren erlaubt die Steuerung der Vesikelgröße, Lamellarität und der Nanopartikelkonzentration in der Membran bei gleichbleibender Vesikelstabilität. Unterschiedliche Trägersysteme aus makromolekularen Superamphiphilen und gemischten Diblock Copolymer-Lipid Systemen wurden hergestellt und untersucht. Die Wirksamkeit der verschiedenen neuen Kapselsysteme bezüglich induzierter Freigabe durch magnetische Wechselfeld Anregung wurde verglichen. Es wird gezeigt, dass gemischte Membrankapseln eine effiziente magneto-thermische Freisetzung ermöglichen und diese mit der hohen Stabilität der ursprünglich untersuchten reinen Polymerkapseln kombinieren.Stimuli-responsive amphiphilic superstructures comprise some of the most successful drug delivery systems in clinical use. Vesicular assemblies in particular, have long been recognized as excellent carrier systems for diagnostic and therapeutic agents due to their potential to encapsulate, transport and release various cargo upon local changes; the latter in response to the microenvironment. Structural incorporation of biocompatible, functional nanomaterials such as superparamagnetic iron oxide nanoparticles can be employed to design universal delivery systems, whose release profiles can be controlled externally by application of a magnetic field. The aim of this work is to establish a theranostic platform by incorporating hydrophobic SPIONs of controlled size and interfacial chemistry into stimuli-responsive amphiphilic superstructures and to demonstrate externally triggered release of a model compound via magnetic actuation. The synthesis of monodisperse nanocrystals and complete exchange of the native hydrophobic dispersant shell for irreversibly grafted nitrocatechol-derived anchors at maximal ligand density is exemplified and shown crucial for controlled capsule assembly. A method for efficient encapsulation of SPION into amphiphile membranes is outlined that allows for direct and quantitative co-self-assembly of bilayer forming amphiphiles with hydrophobic nanoparticles into controlled magnetosomes. The novel method allowed for controlling the vesicle size, lamellarity and the nanoparticle concentration in the membrane with retained vesicle stability. Various capsule systems comprising polymeric superamphiphiles and mixed lipid/superamphiphile blends were investigated and their magnetothermal release efficiencies using alternating magnetic field irradiation to cause local hyperthermia were compared. Mixed membrane capsules were found to combine efficient magnetothermal actuation with the high stability of purely polymeric membrane systems.by Oliver Bixner, Mag.Abweichender Titel laut Übersetzung der Verfasserin/des VerfassersZusammenfassung in deutscher SpracheUniversität für Bodenkultur, Dissertation, 2016OeBB(VLID)193165