Abstract (deu)
Der Hitzeschock Signalweg ist der wichtigste Abwehrmechanismus von Zellen gegen verschiedene Stressfaktoren. Dabei werden hauptsächlich Hitzeschockproteine produziert, die ein wichtiger Faktor beim Überleben sind. Die Produktion dieser Proteine wird über hoch-induzierbare Bereiche in ihren Promotoren gesteuert, den sogenannten Hitzeschock Elementen (HSE). Diese Eigenschaft macht den Promoter zu einem hervorragenden induzierbaren Expressionssystem für therapeutische Proteine. Ziel dieser Arbeit war es eine Methode für Hitze regulierbare Expression in verkapselten Zellen zu etablieren.
Dafür wurde ein künstlicher Hitzeschock Promotor (HSE-Promotor) verwendet und genau charakterisiert. Der Promotor wurde in verschiedenen Zelllinien getestet und auch mit anderen Hitze-induzierbaren Systemen verglichen. Zur genaueren Charakterisierung wurde eine stabile Zelllinie mit integriertem HSE Promotor hergestellt. Mit dieser Zelllinie wurde getestet, ob der Promotor auf verschiedene Stress-Faktoren reagiert und wie diese Reaktion mit dem natürlichen Signalweg vergleichbar ist. Es konnte gezeigt werden, dass der HSE Promoter sehr hohe Produktionsraten erreichen kann, wobei ohne Aktivierung kaum Expression zu sehen war. Zusätzlich reagiert der HSE Promoter zwar stark auf Hitze, nicht jedoch auf viele andere natürliche Stressfaktoren, was ihn zu einem idealen Kandidaten für eine Anwendung in der Gen- und Zelltherapie macht. Auch das Überleben der Zellen nach Stressbehandlung zeigte kaum eine Beeinträchtigung.
Bei der Zelltherapie können genetisch modifizierte Zellen an Patienten angewendet werden. Verkapselung schützt diese Zellen vor dem Immunsystem, daher können die heterologen Zellen im Patienten überleben und Wirkstoffe produzieren. Allerdings fehlen bis jetzt effiziente Methoden, um diese Wirkstoffproduktion zu regulieren. Wir haben ein induzierbares Expressionssystem auf Basis eines artifiziellen Hitzeschock Promotors entwickelt. Durch Verkapselung der Zellen zusammen mit magnetischen Nanopartikeln kann die notwendige Erwärmung in den Kapseln durch ein alternierendes Magnetfeld erreicht werden. Um das System zu etablieren wurde die HSE Zelllinie mit magnetischen Nanopartikeln gemischt und durch ein magnetisches Wechselfeld aktiviert. Dabei konnten optimale Bedingungen für die Proteinexpression gefunden werden und zusätzlich eine Regulation dieser Produktion durch verschiedene Magnetpartikel-Mengen, Induktionszeiten und Magnetfeldstärken erreicht werden. Um einen Proof-of-Principle für das System zu erbringen, wurden die Zellen gemeinsam mit den Magnetpartikeln verkapselt und im Magnetfeld induziert. Dieser Versuch zeigte eine hohe Proteinproduktion durch die Induktion im Magnetfeld. Somit konnte der Erfolg dieser neuartigen Methode gezeigt werden.