Wechselwirkung amphiphiler Interpolyelektrolytkomplexe (AIPECs) mit Liposommembranen untersucht mit Hilfe von Cryo-Elektronenmikroskopie und Streumethoden

• Antragsteller: Professor Dr. Michael Gradzielski
• Fachliche Zuordnung: Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 536537425

Die Wechselwirkung von Nanopartikeln mit Lipidmembranen ist ein Thema hoher Wichtigkeit für die Lebenswissenschaften und die Medizin, aber von seiner grundlegenden Natur fällt es genau in den Bereich der Kolloidwissenschaft. Die meisten bisherigen Studien befassten sich mit harten und kompakten Nanopartikeln, aber viele relevante Kolloide, z.B. für Wirkstofftransport, sind von weicher Natur und Aggregate von Makromolekülen, z. B. Copolymermizellen oder Interpolyelektrolytkomplexe (IPECs). Besonders interessant sind hier IPECs mit hydrophob modifizierten Polyelektrolyten, die zur Ausbildung von amphiphilen IPECs (AIPECs) führen. Ziel dieses Projekts ist das detaillierte Verständnis der Wechselwirkung zwischen Lipidmembranen und AIPECs, relevant für das Grundlagenwissen, aber auch um das Potential von AIPECs as Trägersysteme auszuloten. Als Modelmembransysteme werden kleine und wohldefinierte unilamellare Phospholipidvesikel als Funktion des Mischungsverhältnisses mit unterschiedlich aufgebauten AIPECs untersucht. Über pH und Ionenstärke werden die Ladungsbedingungen der Systeme kontrolliert. Zentraler Aspekt ist die systematische Variation der AIPEC Eigenschaften über den Einbau unterschiedlicher hydrophober Modifikationen der Polyelektrolyte des AIPEC, d.h. der Prozentsatz der hydrophoben Seitenketten und ihrer Länge. Diese hydrophobe Modifikation wird die Stärke der Wechselwirkung mit den Membranen kontrollieren und damit auch die Kinetik der strukturellen Änderungen der Membranen. Die Gesamtstärke der Wechselwirkung sollte von der Zahl der Ketten abhängen, während die Zeitkonstanten der Bindungsprozesse primär von der Länge der Alkylketten abhängen sollten. Der Hauptfokus der Arbeit liegt auf der Charakterisierung der mesoskopischen Struktur der gemischten Systeme und ihrer zeitlichen Entwicklung. Dies betrifft die Lipiddoppelschichten, aber auch mögliche Änderungen der AIPEC Struktur durch Einbau von Lipiden. Die strukturellen Effekte werden durch eine Kombination von cryo-TEM/SEM, Lichtmikroskopie, statischer und dynamischer Lichtstreuung sowie Kleinwinkelröntgen und -neutronenstreuung (SLS, DLS, SAXS, SANS) untersucht. Die strukturellen Einblicke werden mit thermodynamischer Information über den Mischvorgang kombiniert, erhalten aus isothermer Titrationskalorimetrie (ITC), um ein umfassendes Verständnis der Prozesse zu generieren. Die Kombination der unterschiedlichen experimentellen Techniken, wobei die Kollaboration der israelischen und deutschen Partner mit ihren komplementären Kompetenzen essentiell ist, zusammen mit der Fähigkeit Zusammensetzung und Struktur der AIPECs systematisch zu variieren, wird ein umfassendes Bild über die Relevanz hydrophober Modifikation von IPECs bezüglich ihrer Wechselwirkung mit Lipidmembranen liefern und wie dieser Parameter längerfristig bei der Entwicklung von AIPECs als maßgeschneiderte Trägersysteme zum Transport durch Lipidmembranen eingesetzt werden kann.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Israel
• ausländischer Mitantragsteller: Professor Dr.-Ing. Yeshayahu Talmon, Ph.D.