Diplomarbeit - Veterinärmedizinische Universität Wien - 2019

Diploma thesis - University of Veterinary Medicine Vienna - 2019

Optical imaging can be divided into fluorescence imaging (FLI) and bioluminescence imaging (BLI). Whilst FLI uses fluorescent dyes, which absorb excitation light to emit light of longer wavelength, BLI is based on bioluminescence, where light is produced as a result of an enzymatic reaction within the animal. FLI can be used for spatiotemporal tracking of nucleic acid-based drugs in vivo. BLI, on the other hand, has way lower signal intensities but the signal strength is in direct correlation with the amount of the marked cells. Therefore, BLI can be used for tracking gene delivery or tracking exact biological processes. In both imaging modalities, background noise is a big problem. To reduce background coming from the food in the gastrointestinal tract it is necessary to set the animals on a low fluorescent diet prior to experiments. Besides this, shaving the animals can increase the signal intensities significantly. When applying drugs or nucleic acids in the lungs, local administration from the airway side has many benefits when compared to systemically administration. This thesis includes fluorescent imaging to track nucleic acid-based drugs in vivo for studying biodistribution and bioluminescence imaging for investigating gene delivery in tumor models or longitudinal tracking of tumor growth. The FLI biodistribution studies, one using intratracheally applied quantumdots (QDs) and the other using gold nanoparticles (Auropolyplexes/ AuNPs) as carriers, show the big benefit of the increased signal strength for these kinds of studies. Whilst the Quantumdot’s signal remains in the thoracic area even 24h after application, the signal in the AuNP project is redistributed to the abdominal area. Here it is shown that the applied material is excreted via the renal system within 24h. In the CD49f- project, tumor growth is monitored with both, FLI and MRI. When the LPEI- PEG/ LPEI-PEG-CD49f based polyplexes are administered intratracheally into tumor bearing mice, BLI was used to determine in vivo transfection of tumor area, which was visualized by MRI. In both groups transfection took place, but LPEI-PEG-CD49f group showed a 3-fold higher transfection efficiency. In the CD47- project the effects of SIRPα- Fc-blockade on the tumor growth is shown. Hereby the tumor cells are tagged with luciferase reporter gene and clearly show the hampered tumor growth as an effect of the blockade in the CD47-group when compared with the control groups.

Mittels optischer Bildgebung kann sowohl die Bioverteilung von makromolekularen Substanzen als auch die Expression von Reportergenen in vivo verfolgt werden. Bei der Fluoreszenzbildgebung (FLI) werden Fluoreszenzfarbstoffe, die im Nahe Infrarot fluoreszieren, eingesetzt. Biolumineszenzbildgebung (BLI) basiert auf der Verwendung von Luciferasen als Reportergene, deren enzymatische Aktivität bei der Umsetzung des Substrats Photonen freisetzt. Diese werden mit einer hochempfindlichen Kamera detektiert. In dieser Arbeit wurde die lokale Applikation von Nukleinsäuren und Nanopartikeln in die Lunge durch intratracheale Aerosolisierung umgesetzt. In FLI-Bioverteilungsstudien konnten sowohl nanoskalige, fluoreszierende Quantumdots (QDs) als auch fluoreszenzmarkierte Nukleinsäuren (siRNA), für die Goldnanopartikel (Auropolyplexe / AuNPs) als Träger verwenden wurden, mit hoher Signalstärke detektiert werden. Während das Quantumdot Signal auch 24 Stunden nach der Anwendung im Brustbereich verblieb, wurde das Signal der siRNA im AuNP-Projekt auf den Abdominalbereich umverteilt. Hier konnte gezeigt werden, dass das applizierte Material innerhalb von 24h über das Nierensystem ausgeschieden wurde. In einem Gentransferprojekt mit CD49f-zielgerichteten Gentransferpartikeln wurde das Tumorwachstum von CD49f positiven Lungenmetastasen von murinem Brustkrebs sowohl mit FLI als auch mit MRI verfolgt. Die Transfektionseffizienz wurde mit BLI verfolgt und das Signal mit morphologischer Bildgebung (Magnetresonanztomografie, MRT) korreliert. Gentransferpartikel (Polyplexe) auf LPEI-PEG oder LPEI-PEG-CD49f Basis mit Plasmid kodierend für Luziferase wurden intratracheal in tumortragende Mäuse verabreicht. In beiden Gruppen fand eine Transfektion der Tumore statt, die LPEI-PEG-CD49f-Gruppe zeigte jedoch eine dreifach höhere Transfektionseffizienz. Im einem Immun-Gentherapie Projekt wurden die Auswirkungen der Blockade von CD47 and Tumorzellen durch das Fusionsprotein SIRPα-Fc auf das Tumorwachstum gezeigt. Hierbei wurden die Tumorzellen mit dem Luciferase-Reportergen markiert und das Tumorwachstum mittels BLI verfolgt. Deutlich gehemmtes Tumorwachstum als Folge der Blockade in der CD47-Gruppe konnte im Vergleich zu den Kontrollgruppen gezeigt werden.

application/pdf

67 Blätter