Strukturdesign von anionisch geladenen Hyaluronsäurederivaten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Vorhaben umfasste grundlegende Untersuchungen zur regioselektiven Sulfatierung von Hyaluronsäuren unterschiedlicher Ausgangsmolmassen sowie der gezielten Zweitsubstitution von Hyaluronsäurederivaten mit weiteren ionischen sowie hydrophoben Gruppierungen. Zur Herstellung niedermolekularer Hyaluronsäuren wurde das hochmolekulare Edukt (Mw ~ 1 Mio) thermisch, enzymatisch und mittels Ultraschall abgebaut. Es konnten reproduzierbar Hyaluronsäuren unterschiedlicher Molgewichte (500.000 – 50.000 g/mol) hergestellt werden. Eine wesentliche Aufgabe des Vorhabens bestand darin, neben der regioselektiven Sulfatierung der primären OH-Gruppe Synthesevarianten zu entwickeln, die eine bevorzugte Substitution der sekundären OH-Positionen gestatten. Hochsulfatierte (DSS ~ 3) Hyaluronsäuren lassen sich mit SO3/DMF, niedrig sulfatierte Derivate (DSS ~ 1) mit SO3/Pyridin als Sulfatierungsreagenz herstellen. Es ist als sicher anzusehen, dass die primäre OH-Gruppe am C6’ des Glucosaminoglycan-Ringes zuerst und vollständig sulfatiert wird, gefolgt von den sekundären Hydroxylgruppen an C2 und/oder C3 und der verbleibenden OH-Gruppe an C4’. Die Untersuchung der Molmassen der sulfatierten Produkte ergab eine drastische Abnahme der Kettenlänge während der Reaktion. Durch gezielte Desulfatierung von hoch sulfatierten Hyaluronsäuren unter Anwendung verschiedener Silylverbindungen wurden Produkte mit vollständig desulfatiertem primären C6’ sowie teilweise desulfatiertem C4’ erhalten. Durch Einsatz geeigneter Schutzgruppen für die primäre OH-Gruppe an C6’ der DWE (Disaccharid-Wiederholungseinheit) wurden ebenfalls Hyaluronsäuresulfate erhalten, in denen bevorzugt die sekundären OH-Gruppen der DWE sulfatiert waren. Die Arbeiten beeinhalteten weiterhin die Synthese von carboxyalkylierten Hyaluronsäuresulfaten. Es wurden carboxymethylierte Hyaluronsäuren mit einem Substitutionsgrad (DSCM) von 0,5 hergestellt. Bei der Synthese ist ein drastischer Molmasseabbau des Polymers festzustellen. Die erhaltenen Polymerverbindungen ließen sich nachfolgend zu hoch- bzw. niedrig sulfatierten Derivaten umsetzen. Die Einführung hydrophober Benzylreste in das Polymermolekül ist ebenfalls bedingt möglich. Die synthetisierten Hyaluronsäurederivate wurden hinsichtlich ihrer Struktur (Substitutionsgrad und –verteilung, Molekulargewicht) charakterisiert. Zur Ermittlung der Substituentenverteilung wurde die hochauflösende NMR-Spektroskopie eingesetzt. Desweiteren wurden von ausgewählten Polymerderivaten die Löslichkeitseigenschaften und die in vitro-Zytotoxizität ermittelt. Alle untersuchten Verbindungen erwiesen sich als nicht zytotoxisch. Die erhaltenen Hyaluronsäurederivate wurden auf ihre Wechselwirkung mit ausgewählten Wachstumsfaktoren und Interleukinen untersucht (siehe Arbeiten der Teilprojekte II und III) und Struktur-Wirkungs-Beziehungen abgeleitet.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Modifications of hyaluronan influence the interaction with human bone morphogenetic protein-4 (hBMP-4). Biomacromolecules. 2009 14; 10(12):3290-7
Hintze V, Moeller S, Schnabelrauch M, Bierbaum S, Viola M, Worch H, Scharnweber D
- Sulfated hyaluronan derivatives reduce the proliferation rate of primary rat calvarial osteoblasts. Glycoconj J 2010; 27:151-8
Kunze R, Rösler M, Möller S, Schnabelrauch M, Riemer T, Hempel U, Dieter P
