נושא הפרוייקט

מספר פרוייקט מחלקה שמות סטודנטים אימייל שמות מנחים

ננוחלקיקים פוליפפטידים עם מעטפת קטיונית: גישה מבטיחה למתן תרופות ממוקדות

Polypeptide Nanoparticles with a Cationic Shell: A Promising Approach for Targeted Drug Delivery

תקציר בעיברית

ננו-חלקיקים הופיעו כפלטפורמת מחקר בולטת למתן תרופות וחיסונים. ננו-חלקיקים פולימריים, הבנויים מפולימרים טבעיים וסינתטיים, זכו לתשומת לב משמעותית בשל יציבותם והשינוי הקל של פני השטח. חומצה פוליגלוטמית (PGA) מייצגת ביו-פולימר אניוני מתכלה, לא אימונוגני המורכב מיחידות חומצה D-ו-L-גלוטמית. מסיסות המים, הפירוק הביולוגי, האופי האכיל והתכונות הלא-רעילות שלו הופכים את γ-PGA ונגזרותיו לישימות ליישומים תעשייתיים ורפואיים מגוונים, במיוחד באספקת תרופות. הקבוצה שלנו פיתחה ננו-חלקיקי γ-PGA בשילוב עם פפטיד PFK כדי להקל על משלוח תרופות לאזור המיטוכונדריה. PFK הוא פפטיד אמפיפילי קצר המורכב מ-13 חומצות אמינו, המאמצת קונפורמציה בעיקרה של גיליון β עם מטען חיובי. בנוסף, פוליאתילןאימין (PEI), אמין אליפטי רב-בסיסי חלש, מציע רשת גמישה להעמסת תרופות בשל הארכיטקטורה המסועפת שלו ושפע קבוצות האמינים.
בפרויקט זה שאפנו ליצור ננו-חלקיקי פוליפפטיד המורכבים מ-γ-PGA ו-PFK עם מעטפת קטיונית של הפולימר PEI. ננו-חלקיקים בעלי פוטנציאל פני שטח חיובי מציעים מספר יתרונות, כולל כניסה מוגברת לתאים, יציבות מוגברת של חלקיקים ולעיתים גם שיפור ביכולת העמסת התרופות. נערכו ניסויים מרובים, תוך שינוי ריכוז ה-PEI של הקליפה ושימוש בשיטות ציפוי שונות כדי להשיג את התוצאה הרצויה של קליפה קטיונית. בסופו של דבר, שילוב של ננו-חלקיקי פוליפפטיד γPGA ו-PFK המצופים ב-PEI הניב בהצלחה ננו-חלקיקים בעלי מטען חיובי. לחלקיקים החדשים הללו יש פוטנציאל ככלי רב ערך לאספקת תרופות ממוקדת למיטוכונדריה התאית, המציגים הזדמנויות להתערבויות טיפוליות מתקדמות.

תקציר באנגלית

Nanoparticles have emerged as a prominent research platform for drug and vaccine delivery. Polymeric nanoparticles, constructed from natural and synthetic polymers, have gained significant attention due to their stability and facile surface modification. Polyglutamic acid (PGA) represents a biodegradable, non-immunogenic anionic biopolymer composed of D- and L-glutamic acid units. Its water solubility, biodegradability, edible nature, and non-toxic properties make γ-PGA and its derivatives applicable to diverse industrial and medical applications, particularly in drug delivery. Our group developed γ-PGA nanoparticles in conjunction with a peptide PFK to facilitate drug delivery to the mitochondrial region. PFK is a short amphiphilic peptide consisting of 13 amino acids, adopting a predominantly β-sheet conformation with a positive charge. Additionally, polyethyleneimine (PEI), a weak polybasic aliphatic amine, offers a flexible network for drug loading due to its branched architecture and abundance of amine groups.
In this project we aimed to create a polypeptide nanoparticles composed of γ-PGA and PFK with a cationic shell of the polymer PEI. Nanoparticles with a positive surface potential offer several advantages, including enhanced cellular internalization, increased particle stability and sometimes also improved drug loading capacity. Multiple experiments were conducted, varying the concentration of the shell PEI and utilizing different coating methods to achieve the desired result of a cationic shell. Ultimately, a combination of γPGA and PFK polypeptide nanoparticles coated with PEI successfully yielded nanoparticles with a positive charge. These novel particles hold potential as a valuable tool for targeted drug delivery to cellular mitochondria, presenting opportunities for advanced therapeutic interventions.