CPP

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Einführung

Zellpenetrierende Peptide (CPPs) sind eine Klasse kurzer Peptide, die Zellmembranen oder Gewebebarrieren überwinden und Proteine, RNA, DNA sowie weitere Biomoleküle über Endozytose- und Direktpenetrationsmechanismen in Zellen einschleusen können. Im Vergleich zu anderen nicht-natürlichen chemischen Molekülen bieten CPPs die Vorteile einer guten Biokompatibilität, einer geringen Zelltoxizität, der Abbaubarkeit nach dem zellulären Transport sowie der Möglichkeit zur direkten Fusion und rekombinanten Expression mit biologisch aktiven Proteinen. Dadurch stellen sie ein wichtiges Werkzeug für die Entwicklung von Wirkstoffverabreichungstechnologien dar, die auf intrazelluläre Zielmoleküle ausgerichtet sind, und weisen ein hohes Anwendungspotenzial in der biomedizinischen Forschung auf.

Klassifizierung

Zellpenetrierende Peptide können nach Sequenz, Herkunft, Funktion und Mechanismus des Zelleintritts klassifiziert werden; ein einheitlicher Klassifikationsstandard existiert nicht. Eine vergleichsweise gängige Einteilung basiert auf den physikochemischen Eigenschaften der CPPs und unterscheidet drei Kategorien: kationisch, amphiphil und hydrophob.

Mechanismus des zellulären Eintritts zellpenetrierender Peptide

Allgemein wird angenommen, dass zellpenetrierende Peptide über unterschiedliche Wege in das Zytosol gelangen können. Diese Eintrittswege lassen sich grob in zwei Kategorien einteilen: den Endozytoseweg und den Direktpenetrationsweg. Technisch ist die Unterscheidung dieser beiden Wege nicht schwierig, da die Fluoreszenz eines fluoreszenzmarkierten CPP, das über den Direktpenetrationsweg in die Zelle gelangt, gleichmäßig diffus verteilt sein sollte, während die Fluoreszenz eines CPP, das über Endozytose aufgenommen wird, aufgrund der Vesikelverkapselung eine punktförmige Verteilung zeigt. Der Internalisierungsmechanismus von CPP hängt ab von: der Beschaffenheit des Peptids und des Substrats; dem Zelltyp, der Fusion, der Zellviabilität sowie der Zusammensetzung der Plasmamembran und der extrazellulären Matrix; sowie von Umweltfaktoren wie Temperatur, Ionenstärke und pH-Wert.

Therapeutische Anwendungen von CPP

Aufgrund ihrer Fähigkeit, eine Vielzahl von Biomolekülen über kovalente Bindungen oder physikalische Komplexierung zu koppeln, verfügen CPPs über ein breites Anwendungsspektrum. Eine der wertvollsten Anwendungen ist die Nutzung als Trägersystem, um die Wirkung von Arzneimitteln in der Krankheitsbehandlung zu unterstützen. Die Fähigkeit, Arzneistoffe und andere therapeutische Moleküle in Zellen einzubringen, verleiht CPPs ein erhebliches therapeutisches Potenzial. Seit ihrer Entdeckung wurde die Eignung von CPPs als Carrier für den Transport von Proteinen oder anderen Biomolekülen in Zellen kontinuierlich in In-vitro-Experimenten untersucht. In der Folge zeigten In-vivo-Experimente an Mäusen, dass TAT-gekoppelte β-Galactosidase nach intraperitonealer Injektion in alle Mausgewebe (einschließlich des Gehirns) verteilt werden kann. CPPs wurden daraufhin als Wirkstoffverabreichungsvehikel zur Behandlung zahlreicher Erkrankungen eingesetzt, indem sie den Eintritt von Arzneistoffen in Zellen ermöglichen und sogar das Überwinden von Epithelzellen sowie der Blut-Hirn-Schranke unterstützen.

Antibakterielle und antivirale Anwendungen von CPP

Antimikrobielle Peptide weisen in der Regel die Vorteile amphiphiler und stark kationischer Eigenschaften, thermischer Stabilität, einer geringen Neigung zur Resistenzentwicklung sowie einer weitgehenden Nichttoxizität gegenüber eukaryotischen Zellen auf. Antimikrobielle Peptide wirken auf die Lipidmembran von Bakterien oder Pilzen und töten Mikroorganismen, indem sie Poren in der Membran bilden oder die Permeabilität der Zellmembran erhöhen. Zusätzlich zur direkten Wirkung auf Mikroorganismen können AMPs auch angeborene und adaptive Immunantworten modulieren, indem sie die Akkumulation von Immunzellen wie Makrophagen und Lymphozyten erhöhen. Mehr als 5.000 Arten antimikrobieller Peptide wurden identifiziert oder synthetisiert. Antimikrobielle Peptide besitzen eine ausgeprägte Fähigkeit, pathogene Mikroorganismen abzutöten, darunter grampositive Bakterien, gramnegative Bakterien, Protozoen und Pilze. Daher können antimikrobielle Peptide in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie eingesetzt werden.