Herstellung und Untersuchungen von polymerbasierten Wirkstofftransportsystemen

Im Rahmen dieser Arbeit wurden mittels anionischer vinyl- und ringöffnender Polymerisation mehrere, teils biokompatible und bioabbaubare, Blockcopolymere (PI-PEO, PEO-PLA und PCL) hergestellt. Die Blockcopolymere bildeten im wässrigen Milieu aufgrund des entsprechenden Blocklängenverhältnisses mizellare oder vesikulare Strukturen. Es gelang, die Polymere mit bioaktiven Liganden wie Biotin, einem SUR1-Pharmacophor, zwei Streptozotocin-Derivaten und weiteren Kohlenhydraten zu funktionalisieren. Zudem konnte einer dieser Liganden auf den Oberflächen am Beispiel von Polymersomen durch die Bindung von Fluorescein-markiertem Neutravidin am Polyester-Blockcopolymere direkt nachgewiesen werden. Vor allem die Anbindung von Kohlenhydraten, wie Glucose, Galactose und Nona-Zucker, konnte erfolgreich gezeigt werden. Dazu wurden die Kohlenhydrate an der α-Position der Blockcopolymere mittels zwei verschiedener Methoden verknüpft. Eine Methode war die etablierte Kupfer-(I)-katalysierte 1,3-dipolare Cycloaddition von alkinfunktionalisierten Po-lymeren mit den Azid-Derivaten der jeweiligen Kohlenhydrate. Die zweite Methode beruhte auf der Anbindung der 2-Aminohexa-Analoga der Kohlenhydrate an Carbonsäure-funktionalisierte Polymere unter Verwendung des Kupplungsreagenz 4-(4,6-Di¬methoxy-1,3,5-triazin-2-yl)-4-methylmorpho¬lin¬ium¬chlorid (DMT-MM). Durch dieses Reagenz war es möglich, selektiv die 2-Amino¬hexosen über die Aminogruppe an die Blockcopolymere zu binden. Diese Reaktion konnte sowohl pre- als auch post-assembly erfolgreich durchgeführt werden. Weiterhin konnten PI-PEO-Blockcopolymere mit Hilfe einer photoinduzierten Thiol-Ene-Click-Reaktion mit Thionaphthol oder 7-Mercapto-4-Methylcumarin Fluoreszenz erfolgreich markiert werden. Neben Biofunktionalisierungen, konnte auch eine erfolgreiche Anbindung eines Eisenschwefelkomplexes zur Darstellung eines [2Fe2S]-Hydrogenase-Modellsystems an ein PB-PEO-Blockcopolymer gezeigt werden. Ebenso war es möglich, durch die Reverse-Phasen-Verdampfung CdSe-Nanopartikel in eine PEO-PCL-Matrix einzukapseln. Mit dieser Methode wurden vorwiegend mizellare Strukturen mit wenigen bis nur einem Nanopartikel erhalten. Dabei konnten auch neuartige nanopartikuläre, vesikulare Agglomerate generiert werden. Die Polyester-Blockcopolymere wurden nicht nur funktionalisiert, sondern auch auf ihre Stabilität im basischen als auch im sauren Milieu untersucht. Die basische Hydrolyse erfolgte unter ZEMPLÉN- sowie Hydrazinolyse-Bedingungen. Beide Bedingungen sind für verschiedenste Funktionalisierungsreaktionen von großer Bedeutung. Es konnte in den Untersuchungen gezeigt werden, dass die Esterbindungen des Polylactids unter basischen Bedingun-gen hydrolysiert werden. Das Polycaprolacton hingegen war unter den getesteten Bedingungen stabil. Lediglich bei der ZEMPLÉN-Methode konnte nach einer Reaktionszeit von sechs Stunden ein Abbau des Polyester-Blocks festgestellt werden. Aufgrund der gezeigten Stabili-täten des PCL-Blockes wurde anschließend die Hydrolyse eines PEO-PCL- sowie eines PEO-PGL/PCL-Blockcopolymer unter sauren Bedingungen untersucht. Deren Verhalten spielt vor allem bei der kontrollierten Freisetzung von Substanzen aus Wirkstofftransportsystemen eine wichtige Rolle. Bei den untersuchten Blockcopolymeren variierte der Glycolid-Anteil im Polymer. Es konnte gezeigt werden, dass die Hydrolyse-Empfindlichkeit mit dem Glycolid-Gehalt steigt. In einer Kooperationsarbeit mit der Forschungsgruppe von UWE HIMMELREICH von der Biomedizinischen NMR-Abteilung der Katholischen Universität Leuven wurde das Einkapselungsvermögen einer Fluorphase in ein fluoriniertes Polyester-Blockcopolymer zur Entwicklung eines Transportsystems für medizinische Bildgebungsverfahren untersucht. Dazu wurde die Verbindung Perfluoro-15-krone-5-ether in eine PEO-PLA-Matrix eingekapselt und mittels DLS und 19F-NMR untersucht. Aus den erhaltenen Daten kann zusammenfassend abgleitet werden, dass eine maximale Aufnahmefähigkeit an Perfluoro-15-krone-5-ether bei ca. 20 Gew.-% erreicht ist. Des Weiteren konnte ein PI-PEO-Blockcopolymer funktionalisiert werden, bei dem durch Seitenkettenfunktionalisierung mittels Thiol-Ene-Click-Chemie alle terminalen Doppelbindungen mit Cysteinamin verknüpft wurden. Diese Funktionalisierung führte dazu, dass das Blockcopolymer ein salzabhängiges Überstrukturbildungsverhalten zeigte. Das unfunktionali-sierte Polymer ordnete sich bei hydrodynamischer Fokussierung einer entsprechenden Lösung in einem mikrofluidischen Bauelement relativ salzunabhängig zu Polymersomen in einem Größenbereich zwischen 100 bis 200 nm an. Nach der Funktionalisierung bildete das Polymer bei einer Salzkonzentration von 0 bis 0,7 M fadenartige, sichelförmige, mizellare sowie spie-geleiförmige Strukturen in einem Größenbereich von 50 bis 100 nm. Ab einer NaCl-Konzentration größer als 0,8 M konnten Polymersomen generiert werden, die einen Durch-messer von ca. 2 µm hatten und perlenkettenartig miteinander verbunden waren. Für die Untersuchung des Adhäsionsverhaltens eines Wirkstofftransportsystems im Blutkreislauf wurden in den mikrofluidischen Kanälen diverse Immobilisierungsversuche als Modell-system erfolgreich durchgeführt. Dazu war es zuerst nötig, mittels einer Sol-Gel-Methode bestehend aus 3-Aminopropyltriethoxysilan (APTES), Triethoxymethylsilan (MTES), Ethanol und Salzsäure (pH = 4,5) eine Glasschicht im MF-Kanal zu generieren, die frei zugängliche Aminogruppen auf ihrer Oberfläche trug. Auf dieser aminierten Oberfläche konnten chemisch Aldehyd-funktionalisierte Polymersomen oder elektrostatisch Carbonsäure-funktionalisierte PS-Partikel immobilisiert werden. Die Adhäsion der Aldehyd-funktionalisierten Polymersomen gelang ausschließlich in einem sogenannten „stop-flow“-Experiment. In weiteren Experimenten konnte die aminierte Oberfläche mit Proteinen wie Avidin, Streptavidin und in einem zweiten Schritt mit biotinylierten SBA-Lektin beschichtet werden. In den Avidin/Streptavidin-beschichteten MF-Kanälen wurden Adhäsionsversuche mit den biotinylierten PEO-PLA-Polymersomen vorgenommen. Ferner konnte in einigen Ex-perimenten in den Mikrokanälen mikrofluidischer Bauelemente, die zuvor mit SBA-Lektin beschichtet worden waren, die Immobilisierung von Polymersomen nachgewiesen werden.

Level thesis:degree_level

thesis.doctoral

Grantor dc:publisher

Universität Bayreuth

Year

2015

Author dc:creator

• Wolter, Nonio

Contributors dc:contributor

• Förster, Stephan

Repository record source_url

https://epub.uni-bayreuth.de/id/eprint/2046/

OAI identifier oai:identifier

oai:epub.uni-bayreuth.de:2046