Vermeidung von Folgeschäden nach Gehirnläsionen – Innovative Polymersysteme zum Transport neuroprotektiver Substanzen und deren Immobilisierung an der Zellmembran
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Projekt wurde sich mit der Synthese und Formulierung von Polymeren, welche als Polymer-Wirkstoff-Konjugate eingesetzt werden können, beschäftigt. Die Formulierungen sollten dazu genutzt werden, den Transport eines Inhibitors für das Enzym GCPII über die Blut-Hirn- Schranke zu ermöglichen. Eine langzeitige Aktivierung dieses Enzyms kann eine Folgeerscheinung bei Hirntraumata (Läsion, Schlaganfall) sein und über eine Reaktionskaskade zum Absterben von Gehirnzellen als Folgeschaden des Traumas führen. Verschiedene Ansätze wurden zur Generierung geeigneter Formulierungen untersucht. Als erstes wurden verzweigte, biokompatible hydrophile Polymere mit einem hydrophoben Anker mittels Festphasensynthese hergestellt. Diese sollten in der Lage sein, Lipid-Nanopartikel zu stabilisieren, welche körpereigenen Lipoproteinen ähneln und dadurch über die Blut-Hirn-Schranke transportiert werden können. Des Weiteren ermöglicht der Anker die reversible Anlagerung der Polymere an die Zellmembran in der Nähe des membrangebundenen Enzyms GCPII. Eine variable Anzahl an Armen mit reaktiven Endgruppen in der verzweigten Struktur ermöglicht die endständige Anbringung von einem oder mehreren Inhibitormolekülen an das Polymer. Dadurch wird das Anbinden des Polymer-Wirkstoffkonjugates an mehrere Enzymzentren möglich. Innerhalb der Projektlaufzeit wurden drei Substanzgruppen synthetisiert, in welchen ein bis drei Polymerarme auf der Basis von OEG, PEG, oder poly(2-ethyloxazolin) (PEtOx), ein Linker zur Anbringung eines Fluoreszenzfarbstoffes, und ein hydrophoben Anker auf der Basis von Stearinsäure über ein Peptoidrückgrat verbunden wurden. Diese konnten Lipid-Nanopartikel stabilisieren, reversibel an Zellmembranen binden, und zeigten niedrige Zytotoxizität oder hämolytische Aktivität. Eine Aufnahme in Zellen nach Anlagerung an die Zellmembran war ebenfalls zu beobachten. Die Anbringung des Inhibitors an den Armen der Polymere gestaltete sich schwierig, da keine quantitative Funktionalisierung der reaktiven Endgruppen der Arme erzielt wurde. Des Weiteren konnten Nebenreaktionen während der Entschützung der Carbonsäuregruppen des Inhibitors nicht unterbunden werden. Eine alternative Methode zum Transport von Substanzen über die Blut- Hirn-Schranke war die Funktionalisierung der Wirkstoffträger mit Glucose, da dies den Transport mittels des Enzyms GLUT1 ermöglichen kann. Hierzu wurden Poly(2-oxazolin)e mit hydrophobem Anker partiell mit Glucose funktionalisiert und als Lipid-Nanopartikel formuliert. Diese wiesen abhängig des Molekulargewichtes und des Funktionalisierungsgrades eine unterschiedliche Stabilität auf. Zellversuche zeigten eine erhöhte Aufnahme von mäßig glucosylierten Strukturen durch Zellen mit hoher GLUT1-Expression. Dies könnte auf Interaktionen der Polymere mit GLUT1 oder die veränderten physikochemischen Eigenschaften der Polymere und der stabilisierten Lipid-Nanopartikel durch die Glucosylierung zurückzuführen sein. Insgesamt lässt sich sagen, dass trotz der Probleme bei dem Anbinden des Inhibitors wertvolle Erkenntnisse im Bereich der Synthese multifunktionaler, hoch definierter polymerer Wirkstoffträger gewonnen wurden.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Solid-phase synthesis as strategy for the generation of multifunctional, branched polymers J. K. Elter, Martin Hrubý Contributed Lecture, EPF European Polymer Congress, Prague, Czech Republic, 2022
J. K. Elter & Martin Hrubý
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Solid-phase synthesis as a powerful tool for the generation of highly defined, branched polymers J. K. Elter, Martin Hrubý Poster presentation, Macromolecular Colloquium Freiburg, Germany, 2023
J. K. Elter & Martin Hrubý
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Solid-phase synthesis as a tool for the generation of highly defined drug carrier systems J. K. Elter, N. Sidej, V. Liščáková, P. Šácha, and M. Hrubý Contributed lecture, The 13th SPSJ International Polymer Conference, Sapporo, Japan, 2023
J. K. Elter, N. Sidej, V. Liščáková, P. Šácha & M. Hrubý
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Biodegradable solid lipid particle carriers for polymer-ligand conjugates A. Rana, V. Lobaz, J. K. Elter, and M. Hrubý Poster presentation, 85th Prague Meeting on Macromolecules (Polymers for a Sustainable Future 2024), Prague, Czech Republic, 2024
A. Rana, V. Lobaz, J. K. Elter & M. Hrubý
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Solid-Phase Synthesis as a Tool to Create Exactly Defined, Branched Polymer Vectors for Cell Membrane Targeting. Macromolecules, 57(3), 1050-1071.
Elter, Johanna K.; Liščáková, Veronika; Moravec, Oliver; Vragović, Martina; Filipová, Marcela; Štěpánek, Petr; Šácha, Pavel & Hrubý, Martin
