Authors:	Bauer, Kristin
Title:	In-chain poly(phosphonate)s : synthesis, degradation and biomedical applications
Online publication date:	17-Jan-2018
Year of first publication:	2018
Language:	english
Abstract:	Application of polymers as biomaterials has greatly impacted the progress of modern medicine. Especially degradable polymers are of particular interest for biomedical applications because they can be eliminated from the body after fulfilling their task. For biomaterials, a precise adjustment of their chemical and physical properties as well as their degradation behavior is crucial to adapt them to the respective requirements. Poly(phosphoester)s (PPEs) are particularly relevant for the application as biomaterials due to their potential biodegradability and biocompatibility. In addition, the pentavalency of phosphorus offers a variety of possibilities for precise adjustment of desired properties: The nature of the organic spacers in the polymer backbone allows a variation of the polarity and is crucial for the crystallization behavior of PPEs, while the binding motif around the central phosphorus atom is crucial to influence their degradation profile. In addition, the side chain can be used to introduce functional groups. In the course of this work, diverse monomers were developed that facilitated and simplified the synthesis of PPEs with variable properties in terms of solubility, degradation behavior and stability through targeted structural changes. Furthermore, PPEs with different binding motifs were investigated for their recently discovered "stealth" properties. Therefore, PPE-based surfactants were synthesized and applied for the surface modification of nanoparticles consisting of different materials. The modified particles were evaluated with regard to their blood circulation times. In the next step, PPE-surfactants were additionally modified with mannose-units, which allowed a targeted addressing of cells of the immune system. It was shown that the surface modification of nanoparticles with PPE surfactants is suitable for prolongation of the blood circulation times and for the targeted addressing of specific cells while it required low synthetic effort. Finally, PPEs with different binding motifs were evaluated with regard to their degradability under basic conditions. It was shown that even small structural variations led to significantly altered degradation profiles. Der Einsatz von Polymeren als Biomaterialien hat wesentlich zum Fortschritt der modernen Medizin beigetragen. Insbesondere abbaubare Polymere sind von besonderem Interesse für biomedizinische Anwendungen, da sie aus dem Körper ausgeschieden werden können, nachdem sie ihre Aufgabe erfüllt haben. Für Biomaterialien ist es entscheidend, die chemischen und physikalischen Eigenschaften sowie das Abbauverhalten präzise einstellen zu können, um sie den jeweiligen Anforderungen anzupassen Aufgrund ihrer potentiellen Bioabbaubarkeit und -kompatibilität sind Polyphosphoester (PPEs) in besonderem Maße relevant für den Einsatz als Biomaterialien. Außerdem erlaubt die Pentavalenz des Phosphors eine Vielzahl an Möglichkeiten, um gewünschte Eigenschaften präzise einzustellen: Die Art der organischen „Spacer“ im Polymerrückgrat erlaubt eine Variation der Polarität und ist entscheidend für das Kristallisationsverhalten von PPEs, während das Bindungsmotiv um das zentrale Phosphoratom entscheidend ist, um ihr Abbauprofil zu beeinflussen. Zusätzlich kann die Seitenkette zur Einführung von funktionellen Gruppen verwendet werden. Im Zuge dieser Arbeit wurden verschiedene Monomere entwickelt, die durch gezielte Strukturveränderungen, die Synthese von PPEs mit variablen Eigenschaften bzgl. Löslichkeit, Abbauverhalten und Stabilität ermöglichen und vereinfachen. Weiterhin wurden PPEs mit unterschiedlichen Bindungsmotiven hinsichtlich ihrer kürzlich entdeckten „Stealth“-Eigenschaften untersucht, indem PPE-basierte Tenside synthetisiert und zur Oberflächenmodifikation von Nanopartikeln unterschiedlicher Materialien eingesetzt und bezüglich ihrer Blutzirkulationszeiten untersucht wurden. Im nächsten Schritt wurden PPE-Tenside zusätzlich mit Mannose-Einheiten modifiziert, die einen gezielte Adressierung von Zellen des Immunsystems erlauben. Es konnte gezeigt werden, dass die Oberflächenmodifikation von Nanopartikeln mit PPE-Tensiden bei geringem synthetischen Aufwand sowohl zu verlängerten Blutzirkulationszeiten als auch zur zielgerichteten Adressierung bestimmter Zellen geeignet ist. Zum Abschluss wurden PPEs mit unterschiedlichen Bindungsmotiven hinsichtlich ihrer Abbaubarkeit unter basischen Bedingungen untersucht, wobei gezeigt werden konnte, dass schon kleine strukturelle Variationen zu signifikant veränderten Abbauprofilen führen.
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-4122
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000017631
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	332 Seiten
Appears in collections:	JGU-Publikationen