Entwicklung eines mehrstufigen Screening-Verfahrens zur Identifizierung maßgeschneiderter Wirkstofftransporter

Geringe Wasserlöslichkeiten kleiner organischer Wirkstoffkandidaten, sogenannter Leitstrukturen, sind in der Medikamentenentwicklung häufig für das Scheitern vielversprechender Projekte verantwortlich. Um diese Kandidaten dennoch zur Marktreife bringen zu können, wurden verschiedene Strategien entwickelt. Neben der kostenintensiven Strukturoptimierung rücken Formulierungsadditive in den Fokus, die in der Lage sind, Wirkstoffe zu solubilisieren, transportieren und gezielt freizusetzen. In dieser Arbeit wird eine Hochdurchsatz-Screening-Methode präsentiert, die eine schnelle und arbeitsextensive Identifizierung maßgeschneiderter Binder für wasserunlösliche, niedermolekulare Wirkstoffe ermöglicht und mithilfe derer Löslichkeitsvermittler in Form von Peptid-Polymer-Konjugaten mit definierten Solubilisierungs- und Freisetzungseigenschaften realisiert werden können. Dazu werden Peptidbibliotheken in einem zweistufigen Prozess auf Wirkstoffbindung und auf Wirkstofffreisetzung durchsucht. Das Screening kann aufgrund einer innovativen on-chip Immobilisierung der Peptidbibliothek und der intrinsischen Fluoreszenz der niedermolekularen Wirkstoffe halbautomatisiert durchgeführt werden. Vielversprechende Peptidsequenzen können anschließend direkt on-chip mittels MALDI-ToF-MS/MS bzw. fragmentierungsfrei sequenziert und löslichkeitsvermittelnde Peptid-PEG-Konjugate hergestellt werden. In einem Testsystem wurden maßgeschneiderte Peptid-PEG-Konjugate mit unterschiedlichen Freisetzungseigenschaften für einen potentiellen Alzheimer-Wirkstoff realisiert und sowohl Solubilisierungseigenschaften, als auch die Freisetzungseigenschaften in einem vereinfachten Blutplasmamodell mittels Fluoreszenzanisotropie und Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie bestätigt. In Zelltests mit einer Neuro-2a-Zelllinie konnten durch Zugabe der Wirkstoff-Transporter-Komplexe effektiv die Ausbildung der bei einer Alzheimer-Erkrankung auftretenden Tau-Protein-Aggregate bis zu 55 % reduziert werden.Low water solubility of promising small organic drugs is one of the main reasons for failures during early drug development. Solubilizers promise to overcome these difficulties by solubilization, improved transport and final release of the potential drug candidates, which may result in an approval as a commercial drug. Here, a high-throughput screening method is presented, which is capable of identifying tailor-made peptide-polymer conjugates binding small molecule drugs, which can be used to act as solubilizers with precisely defined drug uptake and release properties. The screening is based on a two-dimensional process, which in a first step identifies strong binders and in a second, characterises their drug release. Due to its innovative on-chip immobilization of the peptide library and the intrinsic fluorescence of the small molecule drugs, the screening can be performed semi-automatically. Promising peptides can be sequenced directly by on-chip fragmentation-free or via MALDI-ToF-MS/MS and subsequently peptide-PEG conjugates can be synthesized. A screening against a high potential Alzheimer´s disease drug resulted in several tailor-made peptide-PEG conjugates with various drug uptake and release characteristics, which were confirmed in additional experiments. Here, loading capacities were determined and release properties analysed with a simplified blood plasma model utilizing fluorescence anisotropy and fluorescence correlation spectroscopy. Cell tests with a Neuro-2a cell line confirmed the effectiveness of the drug-transporter aggregates by reducing the tau-protein concentration by 55 % and inhibiting their aggregation, which is one of the key issues in Alzheimer´s disease