Struktur-Eigenschaftsbeziehungen für mit Wirkstoffe beladene Polymermizellen aus detaillierten Strukturinformationen von Festkörper NMR Spektroskopie Untersuchungen kombiniert mit komplementären Techniken

• Antragstellerin: Professorin Dr. Ann-Christin Pöppler
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien ; Analytische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 440955393

In einer ersten Studie zur Charakterisierung von extrem hoch beladenen Poly(2-oxazolin) Polymermizellen für den Wirkstofftransport konnten wir faszinierende Einblicke in die Struktur und intermolekularen Wechselwirkungen abhängig vom Grad der Beladung erhalten. Die gefriergetrockneten Proben wurden mit einer Kombination aus Festkörper NMR Spektroskopie zusammen mit Pulverröntgendiffraktometrie und quantenchemischen Rechnungen untersucht. Mit den dadurch erhaltenen Strukturinformationen konnten physikochemische Eigenschaften wie Auflösungsraten erklärt sowie eine Reihe von Hypothesen erhalten werden. Zum Beispiel deuten die Ergebnisse stark darauf hin, dass die für die Poly(2-oxazolin) basierten Triblockpolymere beobachteten extrem hohen Beladungen nur durch die Koordination des Gastes sowohl mit den hydrophoben als auch den hydrophilen Polymerblöcken stabilisiert werden können. Zudem konnten charakteristische Wechselwirkungen zwischen dem Polymer und den eingelagerten Molekülen identifiziert werden. Basierend darauf ist es jetzt wichtig, diese verschiedenen Hypothesen systematisch zu überprüfen und mehr über die Struktur und besonders auch deren Auswirkungen auf das Verhalten der Formulierungen für den Wirkstofftransport zu lernen. Zunächst einmal muss der NMR-spektroskopische Werkzeugkasten mit weiteren Experimenten gefüllt werden, indem zusätzliche NMR-aktive Kerne und besonders Experimente mit Protonendetektion bei schneller Rotation um den magischen Winkel für die Charakterisierung dieser Proben hinzugezogen werden. Damit soll dann gezielt und detailliert untersucht werden, welchen Einfluss die Strukturen des eingelagerten Moleküls wie auch des Polymers auf die finalen Formulierungen haben. Außerdem soll die Untersuchung auf Polymere mit mehr funktionellen Einheiten zur Koordination des Wirkstoffes ausgeweitet werden. Für die daraus resultierenden, optimierten Polymer-Wirkstoff Formulierungen ist es dann essenziell, die resultierenden physikochemischen Eigenschaften und das Verhalten in biorelevanten Medien zu untersuchen. Die daraus gewonnenen Struktur-Eigenschaftsbeziehungen und das verbesserte strukturelle Verständnis von beladenen Polymermizellen sind äußerst wertvoll und können dann helfen, ein Umdenken zu ermöglichen, weg vom einfachen Austesten der geeigneten Polymere für den Wirkstofftransport hin zu rationalen Designkriterien und einem entsprechenden Leitfaden. Auf diese Weise können der Transport und die Aufnahme der Wirkstoffe verbessert werden, was letztlich den Patienten zugutekommt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen