Authors:	Barz, Matthias
Title:	Functional polymer based nanoparticles : development of defined complex structures as basis for in-vitro and in-vivo applications
Online publication date:	22-Nov-2013
Year of first publication:	2013
Language:	english
Abstract:	In Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein neuartiger Zugang zu einer Vielzahl von Polymerstrukturen auf Basis des klinisch zugelassenen Polymers Poly(N-(2-Hydroxypropyl)-methacrylamide) (PHPMA) entwickelt. Der synthetische Zugang beruht zum einen auf der Verwendung von Reaktivesterpolymeren und zum anderen auf der Reversible Addition Fragmentation Chain Transfer (RAFT) Polymerisationsmethode. Diese Form einer kontrollierten radikalischen Polymerisation ermöglichte es, neben der Synthese von besser definierten Homopolymeren auch statistische und Blockcopolymere herzustellen. Die Reaktivesterpolymere können durch einfache Aminolyse in HPMA-basierte Systeme überführt werden. Somit können sie als eine vielversprechende Basis zur Synthese von umfangreichen Polymerbibliotheken angesehen werden. Die hergestellten Polymere kombinieren verschiedene Funktionalitäten bei konstantem Polymerisationsgrad. Dies ermöglicht eine Optimierung auf eine gezielte Anwendung hin ohne den Parameter der Kettenlänge zu verändern.rnIm weiteren war es durch Verwendung der RAFT Polymerisation möglich partiell bioabbaubare Blockcopolymere auf Basis von Polylactiden und HPMA herzustellen, in dem ein Kettentransferreagenz (CTA) an ein wohl definiertes Polylactid Homopolymer gekoppelt wurde. Diese Strukturen wurden in ihrer Zusammensetzung variiert und mit Erkennungsstrukturen (Folaten) und markierenden Elementen (Fluoreszenzfarbstoffe und ï ¢+-emittierenden Radionukleide) versehen und im weiteren in vitro und in vivo evaluiert.rnAuf Grund dieser Errungenschaften war es möglich den Einfluss der Polymermikrostruktur auf das Aggregationsverhalten hin mittel Lichtstreuung und Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie zu untersuchen. Es konnte gezeigt werden, dass erst diese Informationen über die Überstrukturbildung die Kinetik der Zellaufnahme erklären können. Somit wurde die wichtige Rolle von Strukturwirkungsbeziehungen nachgewiesen.rnSomit konnte neben der Synthese, Charakterisierung und ersten biologischen Evaluierungen ein Beitrag zum besseres Verständnis zur Interaktion von polymeren Partikeln mit biologischen Systemen geleistet werden. In this work a new synthesis pathway to a variety of functional polymeric architectures is described. The structures itself are based on the clinical approved poly(N-(2-hydroxypropyl) methacrylamide) (PHPMA). In contrast to the conventional systems the applied synthetic strategy is based on a combination of the activated ester approach and the reversible addition fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization. This controlled/living radical polymerization technique enables the synthesis of reactive, well-defined homo polymers, random and block copolymers or even more complex architectures. The polymeric activated esters can be easily converted into HPMA by aminolysis. These reactive polymers are expected to be a suitable precursor for the synthesis of polymer libraries combining different functionalities among polymers having the same chain length distribution. Thus, an optimization towards a specific application is easily possible by just varying the functionality and its amount.rnFurthermore, it was possible to use the RAFT polymerization method to create a new type of partially biodegradable block copolymer based on the highly biocompatible polymeric blocks. In this respect, a well-defined polylactide was functionalized with a chain transfer agent (CTA) mediating the RAFT polymerization of the activated ester. Consequently, it was demonstrated that the reactive precursors were transferred into functional polymeric structures combining a targeting moiety (folate) with or imaging agent (fluorescent dyes or ï ¢+-emitters) enabling in vitro as well as in vivo investigations.rnAfter all, these synthetic approaches have been applied to study the influence of polymer microstructure on aggregation using light scattering and fluorescence correlation spectroscopy. It could be clearly concluded that the kinetics of cellular uptake are directly attributed to the aggregate properties. These findings underline the great importance of structure-property relationships, which have to be carefully taken into account in the development of polymer based nanomedical devices.rnIn summary, besides synthesis, characterization and first biological evaluations underlining the potential of the developed systems a better understanding of the processes involved in the interactions of synthetic polymers with biological systems.
DDC:	540 Chemie 540 Chemistry and allied sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-1776
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-35669
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	261 S.
Appears in collections:	JGU-Publikationen