Biomakromolekulare Therapeutika (Proteine, DNA, mRNA, Antikörper, Gene Editing Tools) bergen ein enormes therapeutisches Potenzial für alle menschlichen Krankheiten, da sie auf intrazelluläre Ziele abzielen, die sich für herkömmliche Ansätze als unzugänglich erwiesen haben. Ein häufiges Hindernis für den Einsatz dieser Modalitäten besteht jedoch darin, dass sie die Zellmembran nicht durchdringen können. Daher wurde intensiv an der Entwicklung sicherer Transportvehikel geforscht, die große Biomakromoleküle verpacken und intrazellulär transportieren können. Eine vielversprechende Art von Verabreichungsvektoren, bei denen wir vor kurzem Pionierarbeit geleistet haben, sind Koazervat-Mikrotröpfchen aus Peptiden (PSP), die durch Flüssig-Flüssig-Phasentrennung (LLPS)1,2 hergestellt werden. CMs sind einfach zu synthetisieren, nicht zytotoxisch und können mit Hilfe von Wasserphasen-Präparationsverfahren ein breites Spektrum an makromolekularen Modalitäten rekrutieren3. Wir haben zwar gezeigt, dass PSP-CMs die Plasmamembran von Säugetierzellen durchdringen und ihre Nutzlast transportieren können, aber die Eigenschaften der CMs, die ihre Zellaufnahme und die Kinetik der Freisetzung der Ladung regulieren, sind noch wenig bekannt.

In diesem Vortrag werde ich unsere jüngsten Studien4 vorstellen, die zeigen, dass die Wirksamkeit der Zellaufnahme und der Freisetzung von Ladungen durch die Steuerung der Materialien und biophysikalischen Eigenschaften von CMs moduliert werden kann, was durch einfache Mutationen von PSPs erreicht werden kann. Ich werde erörtern, wie optimierte PSP-Sequenzen zu einer bemerkenswerten Wirksamkeit bei der Übertragung einer breiten Palette von Therapeutika führen, einschließlich Proteinen, Antikörpern, Genen, mRNA, siRNA und CRISPR-Cas9-Gene Editing-Tools, die alle in Zellen mit einer Wirksamkeit transfiziert werden können, die die derzeit verfügbaren kommerziellen Übertragungssysteme übertrifft, auch in schwer zu transfizierenden Zellen wie Primär- und Immunzellen. Schließlich werde ich unsere jüngsten Studien zu komplexen Koazervaten, die durch ℼ-Kationen-Wechselwirkungen stabilisiert werden, als Transportmittel für das Editieren von Makrophagen hervorheben, was spannende Möglichkeiten für Immunzelltherapien eröffnet.

Referenzen
1 Sun, Y. et al. Phasentrennende Peptide für die direkte zytosolische Verabreichung und redox-aktivierte Freisetzung makromolekularer Therapeutika. Nature Chemistry 14, 274-283 (2022). 
2 Liu, J., Spruijt, E., Miserez, A. & Langer, R. Peptide-based liquid droplets as emerging delivery vehicles. Nature Reviews Materials (2023). 
3 Sun, Y. et al. Redox-Responsive Phase-Separating Peptide as a Universal Delivery Vehicle for CRISPR/Cas9 Genome Editing Machinery. ACS Nano (2023). 
4 Sun, Y. et al. Phasentrennende Peptid-Koazervate mit programmierbaren Materialeigenschaften für die universelle intrazelluläre Abgabe von Makromolekülen. Nature Communications 15, 10094 (2024). 
5 Sun, Y. et al. Peptide-Based Complex Coacervates Stabilized by Cation-π Interactions for Cell Engineering. J Am Chem Soc 147, 4284-4295 (2025).