Abbau durch Umesterung auf Knopfdruck: RNA-inspirierter Abbaumechanismus in synthetischen Poly(phosphor)estern

• Antragsteller: Professor Dr. Frederik Wurm
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 267144673

Abbaubare Polymere sind wichtige Materialien für medizinische Anwendungen ("drug delivery", Implantate, "Tissue Engineering") und als Alternativen zu klassischen Kunststoffen, z.B. in der Verpackungsindustrie, hoch gefragt. Die meisten abbaubaren Polymere basieren auf Polyestern oder deren Copolymeren. Die Abbauraten sind jedoch nur begrenzt variabel. Dieser Projektvorschlag verwendet die vielseitigen Polyphosphorester (PPE), um Polymere mit molekular einstellbaren Abbauraten (von Sekunden zu Monaten) zu verwirklichen. Die Hydrolyse von PPE geschieht vornehmlich nicht durch statistische Spaltung der Esterfunktionen in der Hauptkette, sondern erfolgt durch ein sogenanntes "Back-Biting" der terminalen OH-Funktion mit der Kette. Dieses Motiv soll nun synthetisch in die Seitenkette von Polymeren eingebracht werden um so eine molekulare Kontrolle der Abbauraten zu erzielen. Dieser Mechanismus erinnert an RNA, die durch die Vielzahl von OH-Gruppen in den Ribose-Einheiten in Wasser schnell umestert und dadurch abbaut. Das Projekt stellt die systematische Synthese von cyclischen Phosphat- und Phosphonatmonomeren vor, die blockierte OH-Funktionen tragen und nach Polymerisation freigesetzt werden sollen. Durch die einstellbare Nähe und Nukleophilie der OH-Funktionen zum Polyesterrückgrat sollen die Abbauraten kontrolliert werden. Auch Variation von Phosphat und Phosphonatrückgrat mit zusätzlichen OH-Funktionen erlaubt weitere Kontrolle der Abbaugeschwindigkeit. Ferner sollen geschützte ("photocaged") Polymere synthetisiert werden, die einen Abbau auf Knopfdruck ermöglichen, durch sehr schnelles Umestern nach Abspalten der Schutzgruppen. Diese PPE sollen in Enzym-Polymer Konjugaten und Hydrogelen mit einstellbaren Abbauraten untersucht werden. Die entwickelten synthetischen Spaltstellen für PPE sollen aber auch die Abbaukinetik von Polylactid, dem heute am meisten verbreiteten "bioabbaubaren" Kunststoff beschleunigen, da dieser in vielen Bereichen viel zu langsam abbaut. Insgesamt wird mit dem vorgeschlagenen Projekt die Herstellung von abbaubaren Poly(phospho)estern mit genau einstellbaren Abbauraten möglich, was meines Wissens mit keiner anderen Polymerklasse derzeit möglich ist. Die Erkenntnisse dieser Synthesen ermöglichen den Einsatz der entwickelten "Spaltstellen" in einer Vielzahl von Anwendungen in Medizin und Materialwissenschaft.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Niederlande