Physical-chemical studies of transfection lipids in 2D and 3D model systems

Abstract

Diese Arbeit ist auf die physikalisch-chemische Charakterisierung einiger neu entwickelter und synthetisierter Lipide für die Gentransfektion ausgerichtet. Die Ergebnisse dieser Studien wurden mit der Effizienz von in vitro Gentransfektionsexperimenten korreliert. Einzelne Lipide als auch die entsprechenden Lipoplexe wurden untersucht. Das Hauptaugenmerk wurde auf den Einfluss kleiner Änderungen in der Lipidstruktur auf die Eigenschaften aggregierter Systeme und die Transfektionseffizienz gelegt. Lipide mit kleinen Unterschieden in der Ketten- oder Kopfgruppenstruktur als auch in ihrer Reinheit wurden untersucht. Die Verbindungen wurden als Einkomponentensysteme als auch als Komplexe mit den entsprechenden Helferlipiden und Modell-DNA (Lipoplexe) untersucht. Monoschichttechniken (2D) wie Langmuir Trog, IRRAS und GIXD wurden eingesetzt, um sowohl Einkomponentensysteme als auch deren Wechselwirkung mit DNA zu untersuchen. Die einzelnen Lipide und deren Mischungen mit Helferlipiden (DOPE oder Cholesterol) als auch die entsprechenden Lipoplexe wurden auch in Volumensystemen (3D) mittel SAXS, WAXS und DSC untersucht.

This work focuses on the physical-chemical characterization of several newly designed and synthesized lipids for gene transfection, the results of which have been correlated with invitro gene transfection efficiency. Single lipids as well as their lipoplexes have been tested. The main focus has been put on the influence of small changes in lipid structure on overall properties and gene delivery performance. Lipids with small differences in their hydrocarbon chains or headgroups as well as their purity have been investigated. Substances have been examined as single lipid systems as well as complexes with helper lipids and model DNA (lipoplexes). Monolayer techniques (2D) as Langmuir trough, IRRAS and GIXD were employed to investigate single lipid systems and their interaction with DNA. Single lipids and their mixtures with helper lipid (DOPE or cholesterol) as well as lipoplexes were tested in bulk systems (3D) with SAXS, WAXS and DSC.