Targeting Drogen zu Larval Zebrafish Makrophagen durch Injektion von Drogen-geladenen Liposomen

Das mononukleare Phagozytensystem bietet eine erste Verteidigungslinie gegen eindringende Krankheitserreger. Dieses System besteht aus Monozyten, monozytenabgeleiteten dendritischen Zellen und Makrophagen, die aktiv fremde Krankheitserreger phagozytieren und so die Ausbreitung von Krankheitserregern begrenzen. Zusätzlich zu diesen phagozytischen und mikrobiziden Effektorfunktionen sind dendritische Zellen und Makrophagen auch in der Lage, Zytokin zu production und Antigen-Präsentation, um das adaptive Immunsystem zu aktivieren¹. Von diesen Zellen haben Makrophagen aufgrund ihrer vielfältigen funktionellen Heterogenität und Beteiligung an multiplen entzündlichen Erkrankungen, von Autoimmunität und Infektionskrankheiten bis hin zu Krebs^2,3,4,5,6,7,besondere Aufmerksamkeit erhalten. Die Plastizität von Makrophagen und ihre Fähigkeit, sich funktionell an die Bedürfnisse ihrer Gewebeumgebung anzupassen, erfordern experimentelle Ansätze, um diese Zellen in vivo direkt zu beobachten und zu befragen.

Larval Zebrafische sind ein idealer Modellorganismus, um die Funktion und Plastizität von Makrophagen in vivo⁸zu untersuchen. Die optische Transparenz von Larvenzebrafischen bietet ein Fenster, um das Verhalten von Makrophagen direkt zu beobachten, insbesondere in Verbindung mit transgenen Reporterlinien, die makrophagen markieren. Die Nutzung des Live-Bildgebungspotenzials und der experimentellen Traktionsfähigkeit von Larvenzebrafischen hat zu vielen bedeutenden Erkenntnissen über die Makrophagenfunktion geführt, die direkte Relevanz für die menschliche Krankheit haben^{9,10,11,12,13,14,15}. Viele dieser Studien haben auch die hohe Erhaltung der Drogenaktivität bei Zebrafischen genutzt (ein Attribut, das ihre Verwendung als ganzes Tier Arzneimittel Entdeckungplattform^16,17,18) durch die Verwendung chemischer Interventionen, um pharmakologisch zu manipulieren Makrophagen Funktion. Bis heute wurden diese pharmakologischen Behandlungen meist entweder durch Eintauchen, das wasserlöslich es erfordert, oder durch direkte Mikroinjektion von freiem Medikament geliefert (Abbildung 1A). Zu den Einschränkungen dieser passiven Lieferstrategien gehören Off-Target-Effekte und allgemeine Toxizität, die eine Bewertung der Auswirkungen auf die Makrophagenfunktion ausschließen können. Darüber hinaus ist bei der Untersuchung von Arzneimittelwirkungen auf Makrophagen nicht bekannt, ob die Medikamente auf die Makrophagen selbst oder durch indirekteMechanismen wirken. Bei der Durchführung ähnlicher chemischer Interventionsstudien zur Untersuchung der Makrophagenfunktion erkannten wir, dass es eine unerfüllte Notwendigkeit gab, eine kostengünstige und unkomplizierte Verabreichungsmethode zu entwickeln, um Medikamente speziell auf Makrophagen auszurichten.

Liposomen sind mikroskopische, biokompatible, lipidbilayerierte Vesikel, die Proteine, Nukleotide und Drogenfracht verkapseln können¹⁹. Die unilamellare oder multilamellare Lipid-Doppelschichtstruktur von Liposomen bildet ein wässriges inneres Lumen, in dem wasserlösliche Medikamente eingearbeitet werden können, während hydrophobe Medikamente in die Lipidmembranen integriert werden können. Darüber hinaus können die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Liposomen, einschließlich Größe, Ladung und Oberflächenmodifikationen, manipuliert werden, um ihre Ausrichtung auf bestimmte Zellen^20,21zuzuschneiden. Diese Eigenschaften von Liposomen haben sie zu einem attraktiven Vehikel gemacht, um Medikamente zu liefern und die Präzision der aktuellen Behandlungsschemata zu verbessern²⁰. Da Liposomen natürlich durch Makrophagen phagozytoisiert werden (ein Merkmal, das durch ihre routinemäßige Verwendung bei der Bereitstellung von Clodronat speziell für Makrophagen für Ablationsexperimente genutzt wird²²), stellen sie als attraktive Option für die makrophagenspezifische Arzneimittelabgabe dar (Abbildung 1B).

Dieses Protokoll beschreibt die Formulierung von Medikamenten in blaue fluoreszierende Liposomen, die mit dem hydrophilen Polymer Poloxamer 188 beschichtet sind, das eine Schutzschicht auf der Liposomenoberfläche bildet und nachweislich die Arzneimittelretention verbessert und eine überlegene Biokompatibilität^{hat 23}. Poloxamer wurde für die Oberflächenbeschichtung von Liposomen ausgewählt, da unsere bisherigen Forschungen gezeigt hatten, dass Poloxamer modifizierte Liposomen im Vergleich zu Polyethylenglykolmodifizierten Liposomen eine bessere Biokompatibilität nach subkutaner Injektion von Rattenpfoten und ähnlicher Pharmakokinetik bei Kaninchen nach intravenöser Infusion^{zeigten 23}. Protokolle werden auch für ihre Mikroinjektion in Larvenzebrafische und Live-Bildgebung beschrieben, um ihre Makrophagen-Targeting-Fähigkeit und Lokalisierung in intrazelluläre Kompartimente zu bewerten, die für den Liposomenabbau und die zytoplasmatische Arzneimittelabgabe notwendig sind. Als Proof-of-Concept haben wir diese Technik bereits verwendet, um zwei Medikamente auf Makrophagen zu zielen, um ihre Aktivierung in einem Larven-Zebrafischmodell der akuten Gichtentzündung zu unterdrücken²⁴. Diese Medikamentenabgabetechnik erweitert das chemische “Toolkit”, das Zebrafischforschern zur Verfügung steht, die eine Makrophagen-Targeting ihrer Medikamente von Interesse sicherstellen wollen.