Biomimetische Polymere mit reversiblen Zell-adhäsiven und Zell-abweisenden Eigenschaften, Biologische Evaluierung, strukturelle Optimierung und physiko-chemische Charakterisierung von fein-abgestimmten Paaren zwitterionischer Polymere für kontrollierte Zelladhäsion und Zellablösung

• Antragstellerin: Dr. Heidemarie Weinhart, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren ; Biomaterialien
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 230746952

Das Ziel dieses Projekts ist die biologische Evaluierung und strukturelle Optimierung verschiedener hochverzweigter, zwitterionischer Polymere hinsichtlich ihrer reversiblen bioadhäsiven Eigenschaften. Kürzlich wurde gezeigt, dass Polymere, die das umgekehrte Phosphatidylcholin (PC) Motiv - das sogenannte Cholinphosphat (CP) Motiv - multivalent präsentieren, reversible Zell-adhäsive Eigenschaften haben. Dies liegt vermutlich an einer multivalenten Wechselwirkung der CP-Gruppen mit den äußeren PC-Gruppen der Lipiddoppelschicht von Zellen. Dabei kann die Zelladhäsion durch Zugabe von PC-modifizierten Polymeren, die mit der Zellmembran um die Bindung mit den CP-Polymeren konkurrieren, wieder aufgehoben werden. Es wird daher postuliert, dass auch andere Betain-basierte zwitterionische Gruppen wie Sulfo- oder Carboxybetaine, die dieselbe Abfolge an entgegengesetzter Ladung wie die CP-Zwitterionen aufweisen, reversible Zell-bindende Eigenschaften haben.Derartige multivalente, zwitterionische Polymere sind strukturell chemischen Motiven aus der Natur nachempfunden und sind daher mit hoher Wahrscheinlichkeit biokompatibel. Im Laufe dieses Projektes sollen komplementäre Paare zwitterionischer Polymere identifiziert werden, die jeweils Zell-bindende und Zell-ablösende Eigenschaften besitzen. Dabei soll der Einfluss der anionischen Gruppe der verschiedenen Betaine auf die Zell-bindenden bzw. Zell-ablösendenn Eigenschaften in in vitro Zellaggregationsexperimenten untersucht werden. Passende komplementäre Paare werden daraufhin strukturell hinsichtlich Bindungsstärke, Biokompatibilität und insbesondere Zelltoxizität optimiert. Definierte niedermolekulare Analoga der CP- und PC-Polymere werden mittels isothermaler Titrationskalorimetrie thermodynamische Parameter der bindenden Dipol-Wechselwirkung zugänglich machen. Diese werden zu einem besseren grundlegenden Verständnis der multivalenten Dipol-Wechselwirkung beitragen. Weiterhin werden zwitterionische Analoga mit unflexiblem, hartem Kern auf ihre Zell-bindenden Eigenschaften untersucht werden. Im Vergleich mit den Zell-bindenden Eigenschaften der entsprechenden Analoga mit flexiblem, weichen Kernen soll ein tieferes mechanistisches Verständnis der multivalenten Wechselwirkung dieser Zwitterionen erlangt werden. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen dazu beitragen das erforderliche Design der Polymere zum Erzielen bestimmter Eigenschaften (Bindungsstärke, Zellaufnahme etc.) passend zur jeweiligen Anwendung vorhersagen zu können. Es wird davon ausgegangen, dass diese Polymere vielschichtige Anwendungsmöglichkeiten im biomedizinischen Bereich haben werden wie zum Beispiel als neue lokale Wirkstofftransporter, als Tissue Engineering Matrizes oder als Oberflächenbeschichtungsmaterial für medizinische und diagnostische Gerätschaften.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Kanada
• Gastgeber: Professor Donald E. Brooks