Polymere Nanopartikel, die auf das ZNS abzielen: zwischen den neuen PVP-NP, die die BHS durchqueren, und siRNA-PBCA-NP für die Glaukombehandlung

In den letzten zwei Jahrzehnten wurden polymere Nanopartikel wie PBCA, PLGA und PLA NPs aufgrund ihrer biologisch abbaubaren und biokompatiblen Eigenschaften eingehend für die Verabreichung von Medikamenten im Gehirn untersucht. Wir haben nun polymere NPs aus Polyvinylpyrrolidon (PVP NPs) als neues Nanoträgersystem untersucht und ihre Fähigkeit, die Blut-Hirn-Schranke (BHS) nach systemischer Verabreichung zu überwinden, untersucht.

Unter Verwendung der Blut-Hirn-Schranke (BRB) als Ersatz für die BHS haben wir in-vivo konfokales Neuroimaging (ICON) für Live-Retina-Imaging eingesetzt und unsere Ergebnisse mit ex-vivo-Ganzkörperpräparationen der Netzhaut verglichen. Durch die Beladung der NPs mit fluoreszierenden Substanzen und die Verwendung von Doppel-/Dreifach-Fluoreszenzmarkierungsprotokollen für Ex-vivo-Ganzkörper-Retinae konnten wir die Verteilung der NPs in den Gefäßen und im Parenchym der Retina beobachten.

Es zeigte sich, dass PVP NPs, die mit 1,1'-Dioctadecyl-3,3,3',3'-Tetramethylindocarbocyaninperchlorat (DIL), einem Ersatz für hydrophobe Medikamente, beladen waren, in der Lage waren, die BRB zu durchqueren, wenn sie mit 5(6)-Carboxyfluoresceindiacetat-N-Succinimidylester (CFSE) verbunden waren, der sich innerhalb von 10 Minuten nach der Injektion im Netzhautgewebe anreicherte.

Neben den PVP NPs wurden auch PBCA NPs verwendet, um die Hemmung der Apoptose retinaler Ganglienzellen zu untersuchen, wenn sie mit Caspase-3-siRNA nach intravitrealer Injektion beladen wurden. Das Überleben der Zellen wurde 21 bzw. 41 Tage nach der Quetschung des Sehnervs (ONC) ebenfalls mit ICON verfolgt, da es eine wiederholte Echtzeit-Bildgebung für dieselbe Ratte ermöglicht. Die Ergebnisse zeigten einen geringeren Zelltod nach der Behandlung (-35%) im Vergleich zur Kontrollgruppe (-56%). Darüber hinaus wurde eine Ex-vivo-Ganzkörperuntersuchung der Netzhaut erfolgreich durchgeführt, um die morphologischen Veränderungen der RGCs auf höherer zellulärer Ebene mit besserer Vergrößerung zu untersuchen.

Polymeric nanoparticles targeting the CNS: between the new PVP NPs crossing the BBB and siRNA- PBCA NPs for glaucoma treatment

In the last two decades, polymeric nanoparticles such PBCA, PLGA and PLA NPs have been extensively studied for brain drug delivery due to their biodegradable and biocompatible proprieties. We now studied polymeric NPs produced from Poly-vinyl-pyrrolidone (PVP NPs) as a new nano-carrier-system and studied their ability to pass the blood-brain-barrier (BBB) after systemic administration.

Using the blood-retina-barrier (BRB) as a surrogate of the BBB, we utilized in-vivo confocal neuroimaging (ICON) for live retinal imaging and compared our results with ex-vivo wholemount retina preparation. By loading NPs with fluorescent agents and using double/triple fluorescent labeling protocols for ex-vivo wholemount retinae, we were able to observe the distribution of NPs in the vessels and the parenchyma of the retina.

PVP NPs loaded with 1, 1'-dioctadecyl-3, 3, 3', 3'-tetramethylindocarbocyanine perchlorate (DIL), a substitute for hydrophobic drugs, were found to be able to cross the BRB when linked with 5(6)-carboxyfluorescein diacetate N-succinimidyl ester (CFSE) which accumulated in retinal tissues within 10 min after injection.

Apart from the PVP NPs, PBCA NPs was also used to study the inhibition of retinal ganglion cells apoptosis when loaded with caspase-3-siRNA after intravitreal injection. The cells survival was tracked for 21 and 41 days post- optic nerve crush (ONC) also using ICON as it allows repetitive real-time imaging for the same rat. The results have shown a lower cell death after treatment (-35%) in comparison with the control group (-56%). Furthermore, ex-vivo wholemount retina has been successfully performed to study the RGCs morphology changes on higher cellular level with better magnification.