Die liposomale Targetierung der Aminopeptidase N an angiogenetisch aktiven Endothelzellen als möglicher neuer Therapieansatz

Abstract

Die Angiogenese, die Neubildung von Blutgefäßen, ist ein essenzieller Schritt bei Tumorwachstum- und metastasierung. Aufgrund der zentralen und lebenswichtigen Rolle des Gefäßsystems bei der Versorgung des Tumors mit Sauerstoff und Nährstoffen, stellt es einen idealen Angriffspunkt in der Antitumortherapie dar. Das Tumorendothel exprimiert im Prozess der Angiogenese eine Reihe von Rezeptoren, wobei uns APN als Zielstruktur besonders geeignet erschien, da die membranäre Exprimierung einer speziellen Isoform dieser Peptidase auf angiogenetisch aktivem Endothel erfolgt. Durch die Zielspezifität des Peptides NGR/CNGRC für tumorendotheliale APN umgeht man die Heterogenität der verschiedenen Tumorgewebe und kann gleichzeitig gezielt Arzneistoffe mittels Drug Carrier Systeme zum Wirkort transportieren. Als Wirkstofftransportvehikel haben sich Liposomen bewährt, die durch ihre Funktionalisierung mit Liganden ihre besondere Zielspezifität erhalten und deren pharmakokinetische Eigenschaften für spätere therapeutische Anwendungen modifiziert werden können. Das Gesamtziel bestand in der Entwicklung und Charakterisierung von APN gerichteten Liposomen mit der Fähigkeit zur Akkumulation am angiogenetisch aktiven Endothel. Dazu koppelten wir die Pentapeptidsequenz CNGRC an einen Phospholipidanker zur Funktionalisierung von Liposomen. Die selektive Anreicherung der spezifisch funktionalisierten Liposomen konnte in vitro an aktivierten humanen Endothelzellen (HUVEC) gezeigt werden. Mit verschiedenen Fluoreszenztechniken wurde das Internalisierungsvermögen der Liposomen nach Bindung über APN untersucht und die Rolle von APN als endozytotischer Internalisierungsrezeptor aufgeklärt. Im in vivo nahen dynamischen Modell der Chorionallantoismembran (CAM) des bebrüteten Hühnereis zeigte sich eine spezifische Anreicherung der CNGRC Liposomen am tumornahen Endothel. In vivo Targeting-Untersuchungen mit tumortragenden Mäusen bestätigten die Eignung von APN als Zielstruktur für CNGRC funktionalisierte Liposomen durch erfolgreiche Tumorakkumulation. Die Liposomen wiesen ausreichend lange Blutzirkulationszeiten und eine geringe Immunogenität aus. Damit eröffnen sich zahlreiche Perspektiven zur gezielten Beeinflussung der Tumorgefäße im Rahmen einer antiangiogenetischen Therapie.

Angiogenesis, the formation of new blood vessels is a critical step in tumour growth. Attacking the vascular supply of tumours is a promising approach for therapeutic intervention. A subtype of aminopeptidase N (APN), which has a binding selectivity for a CNGRC amino acid sequence, is expressed on endothelial cells of angiogenetic, but not normal vasculature. APN is also thought to be critically involved in angiogenesis. Consequently, vascular targeting APN by drug delivery systems as well as blocking APN appears as promising approach for anticancer treatment. Liposomes are widely accepted carriers for a site-specific drug transport referring to their pharmacokinetic and excellent drug load characteristics. The aim of the study was to evaluate the target ability of APN-directed liposomes in vitro and in vivo and to investigate the impact of APN-inhibition on angiogenesis. We synthesized a phospholipid-coupled cyclic CNGRC pentapeptide as a liposomal homing device. In vitro targeting of IL-4 activated HUVEC display a selective accumulation of CNGRC-liposomes at the target cells. The relevance of APN inhibition for preventing angiogenesis was evaluated in a collagen gel-based three dimensional in vitro angiogenesis assay considering capillary-like structures. In vivo targeting studies were performed in a tumour model on the chorioallantoicmembrane (CAM) of the chick embryo and in carcinoma-bearing mice. CNRGC liposomes display similar pharmacokinetic properties as non-targeted or CARAC peptide liposomes but their tumour accumulation is increased. With the CAM model it could be shown a successful targeting of the tumour vessel endothelium. APN appears as attractive target for novel therapeutic approaches on anticancer treatments.