Contributions to the Fundamental Understanding of Nanoparticle Cell Interactions and Target-Specific Biodistribution

Item type:	Thesis of the University of Regensburg (PhD)
Open Access Type:	Primary Publication
Date:	23 January 2025
Referee:	Prof. Dr. Achim Göpferich
Date of exam:	22 January 2024
Institutions:	Chemistry and Pharmacy > Institute of Pharmacy Chemistry and Pharmacy > Institute of Pharmacy > Pharmaceutical Technology (Prof. Göpferich)
Keywords:	Nanoparticle-Cell Interactions, Nanoparticle Biodistribution, Nanoparticle Avidity Nanopartikel-Zell Interaktionen, Bioverteilung von Nanopartikeln, Nanopartikel Avidität
Dewey Decimal Classification:	600 Technology > 615 Pharmacy
Status:	Published
Refereed:	Yes, this version has been refereed
Created at the University of Regensburg:	Yes
Item ID:	55484

Abstract (English)

The work has identified a previously unknown factor dictating the interaction of ligand-functionalized nanoparticles with receptor carrying cells. It was shown that a geometric alignment of cell membrane and particle surface can shift the avidity by orders of magnitude. Furthermore, the cytokine Interferon-γ was identified as a factor influencing the biodistribution of nanoparticles, which ...

Abstract (English)

The work has identified a previously unknown factor dictating the interaction of ligand-functionalized nanoparticles with receptor carrying cells. It was shown that a geometric alignment of cell membrane and particle surface can shift the avidity by orders of magnitude. Furthermore, the cytokine Interferon-γ was identified as a factor influencing the biodistribution of nanoparticles, which possibly counteracts tissue specific deposition in tumor targeting. Computer-based studies, finally, provided evidence for the mechanistic relationship of the experimental observations. These studies suggest that the lack of a membrane-particle surface alignment may lead to the breakdown of target cell directed particle flow. Thus, prolonged retention of particles in proximity to nontarget cells is induced, increasing unintended particle exposition of these cells.

Translation of the abstract (German)

Die Arbeit hat einen bisher unbekannten Einflussfaktor identifiziert, der die Wechselwirkung von Liganden-funktionalisierten Nanopartikeln mit rezeptortragenden Zellen bestimmt. Es wurde gezeigt, dass eine Übereinstimmung von Zellmembran und Partikeloberfläche bezüglich ihrer Kurvatur die Avidität um Größenordnungen verschiebt. Darüber hinaus wurde das Zytokin Interferon-γ als ein Faktor ...

Translation of the abstract (German)

Die Arbeit hat einen bisher unbekannten Einflussfaktor identifiziert, der die Wechselwirkung von Liganden-funktionalisierten Nanopartikeln mit rezeptortragenden Zellen bestimmt. Es wurde gezeigt, dass eine Übereinstimmung von Zellmembran und Partikeloberfläche bezüglich ihrer Kurvatur die Avidität um Größenordnungen verschiebt. Darüber hinaus wurde das Zytokin Interferon-γ als ein Faktor identifiziert, der die Biodistribution von Nanopartikeln beeinflusst und möglicherweise einer gewebespezifischen Anreicherung im Tumorgewebe entgegenwirkt. Computergestützte Studien lieferten schließlich Belege für den mechanistischen Zusammenhang der experimentellen Beobachtungen. Diese Studien deuten darauf hin, dass in Abwesenheit von Membranstrukturen, an denen eine Übereinstimmung von Partikel- und Membrankurvatur gegeben ist, der Konzentrationsgradient der Nanopartikel, der einen gerichteten Transport zu den Zielzellen induziert, zusammenbricht. Dies führt zu einem längeren Verbleib der Partikel in der Nähe von Nicht-Zielzellen. So sind diese Zellen den Partikeln länger exponiert.

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