Reconstituted high-density lipoprotein: a biomimetic dual-mode nanocarrier for anti-atherosclerotic therapy

Abstract: High-density lipoprotein (HDL) is an endogenous nanocarrier involved in the transport of hydrophobic biomolecules in the circulatory system. Being closely associated to reverse cholesterol transport (RCT), HDL retains atheroprotective properties and is thus investigated for the treatment of atherosclerosis, a chronic inflammatory cardiovascular disease. Current research includes the preparation of artificial HDL from protein and lipid starting materials and the employment of the chemically defined, biomimetic nanoparticle in anti-atherosclerotic therapy. Due to the high capacity for hydrophobic cargo, long circulation times, and a natural targeting effect towards atherosclerotic plaques, reconstituted HDL (rHDL) may both reduce the plaque lipid burden via RCT and provide targeted delivery of incorporated active pharmaceutical ingredients (APIs). Consequently, the rHDL-based targeting of inflammatory plaque macrophages with immunosuppressant APIs, such as everolimus (Eve), is a promising approach to stabilize vulnerable plaques.
In this work, a method for the preparation of rHDL was developed and the efficacy of Eve-loaded rHDL (Eve-rHDL) was evaluated in biological experiments. In this regard, several manufacturing techniques were evaluated for their applicability to rHDL preparation and dual centrifugation (DC) was identified as an ideally suited process. Using DC, miniature batch sizes could be reproducibly prepared under aseptic conditions and with a minimal amount of manual labor. The physicochemical properties of the preparations were characterized and, based on the analytics, the manufacturing process was extensively optimized. As a result, both product homogeneity and API stability during the preparation process could be decisively improved. The characteristic discoidal particle morphology and diameter of ≈10 nm, as well as Eve loading were verified and the established characterization methods were further employed as a basis for stability studies. Upon storage at −80 °C, sample stability was achieved for at least six months. In biological experiments, the prepared nanoparticles provoked inhibition of J774A.1 murine macrophage proliferation over a broad concentration range without relevant cytotoxicity. Furthermore, the efflux of cellular cholesterol from human and murine primary cells as a result of nanoparticle treatment was demonstrated.
In summary, a method for the preparation of API-loaded rHDL was successfully established and the efficacy of the formulation was confirmed in biological experiments. API-loaded rHDL is thus a promising candidate for the dual-mode therapy of atherosclerosis and an attractive platform for further therapeutic directions
Abstract: High-density Lipoprotein (HDL) ist ein endogenes Transportvehikel für hydrophobe Biomoleküle im systemischen Kreislauf. Durch seine Funktionen im reversen Cholesterintransport (RCT) weist HDL atheroprotektive Eigenschaften auf und steht im Fokus medikamentöser Therapieansätze zur Behandlung der Atherosklerose, einer chronisch entzündlichen Arterienerkrankung. Ein Ansatzpunkt ist hierbei, künstliches HDL ausgehend von Protein- und Lipidbestandteilen herzustellen und den chemisch definierten, biomimetischen Nanopartikel für therapeutische Zwecke zu nutzen. Mit der hohen Beladungskapazität für hydrophobe Moleküle, langen Zirkulationszeiten und einer Affinität zu atherosklerotischen Plaques ermöglicht rekonstituiertes HDL (rHDL) sowohl die Lipidbelastung der Plaques durch RCT zu verringern als auch in rHDL inkorporierte Arzneistoffe zielgerichtet zum Wirkort zu transportieren. In diesem Sinne ist die rHDL-basierte Adressierung proinflammatorischer Plaquemakrophagen mit immunsupprimierenden Arzneistoffen wie Everolimus (Eve) eine vielversprechende Herangehensweise für die Stabilisierung vulnerabler Plaques.
In dieser Arbeit wurde ein Verfahren für die Herstellung von rHDL entwickelt und die Effektivität von Eve-beladenem rHDL (Eve-rHDL) in biologischen Experimenten evaluiert. Zu diesem Zweck wurden mehrere Herstellungsverfahren auf ihre Tauglichkeit zur rHDL Präparation untersucht und die duale Zentrifugation (DC) als ideal geeignete Herstellungsmethode identifiziert. Durch DC konnten Proben im Kleinstmaßstab reproduzierbar unter aseptischen Bedingungen und mit minimalem Arbeitsaufwand hergestellt werden. Die physikochemischen Eigenschaften der Präparationen wurden analysiert und das Herstellungsverfahren anhand der Ergebnisse optimiert. So konnten sowohl die Produkthomogenität als auch die Wirkstoffstabilität während der Herstellung entscheidend verbessert werden. Die charakteristische diskoidale Partikelmorphologie, der Durchmesser von ≈10 nm und die Beladung mit Eve wurden bestätigt und die zuvor etablierten Charakterisierungsmethoden weiterhin als Basis für Stabilitätsstudien herangezogen. Unter Lagerungsbedingungen von −80 °C konnte eine Probenstabilität über mindestens sechs Monate erreicht werden. Im Zellmodell zeigten die hergestellten Nanopartikel eine Inhibition der Proliferation von murinen J774A.1 Makrophagen über einen weiten Konzentrationsbereich ohne relevante zytotoxische Effekte. Des Weiteren wurde der Efflux von zellulärem Cholesterin aus humanen und murinen Primärzellen als Folge der Behandlung mit den Präparationen nachgewiesen.
Die Herstellung von wirkstoffbeladenem rHDL konnte somit erfolgreich etabliert und die Wirksamkeit im Zellmodel bestätigt werden. Wirkstoffbeladenes rHDL ist dadurch ein vielversprechender Kandidat für die duale Therapie der Atherosklerose und eine attraktive Plattform für weitere zielgerichtete Therapieansätze

Object Details

• Location: Deutsche Nationalbibliothek Frankfurt am Main
• Extent: Online-Ressource
• Language: Englisch
• Notes: Universität Freiburg, Dissertation, 2021

Classification and Topics

• Keyword: Nanopartikel

Contributors, Places and Time

• Event: Veröffentlichung
• (where): Freiburg
• (who): Universität
• (when): 2022
• Creator: Deuringer, Benedikt Berthold
• Contributor: Süss, Regine ; Massing, Ulrich ; Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. Lehrstuhl für Pharmazeutische Technologie und Biopharmazie ; Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. Fakultät für Chemie und Pharmazie

Further information

• DOI: 10.6094/UNIFR/223580
• URN: urn:nbn:de:bsz:25-freidok-2235807
• Rights: Open Access; Der Zugriff auf das Objekt ist unbeschränkt möglich.
• Last update: 25.03.2025, 1:55 PM CET