Synthese und Charakterisierung von zylindrischen Bürsten mit polypept(o)idischen Seitenketten als nanopartikuläre Trägersysteme

Abstract

Zylindrische Polymerbürsten mit pept(o)idischen Seitenketten sind auf Grund ihrer elongierten Topologie, Bioverträglichkeit und hohen Dichte an funktionellen Gruppen vielversprechende Kandidaten für Anwendungen im Bereich des kontrollierten Wirkstoff- bzw. Gentransportes.In dieser Arbeit wurden Polylysin und Polysarkosin als Bestandteile der Seitenketten verwendet. Polylysin dient als positiv geladener Polypeptidblock für die Komplexierung von Polynukleotiden. Polysarkosin reduziert mit seinem â Stealthâ -Effekt die Toxizität des Trägersystems und vermindert Wechselwirkungen mit dem Immunsystem. Über den â grafting fromâ -Ansatz und mit Hilfe der ringöffnenden NCA-Polymerisation konnten erstmals zylindrische Bürsten mit reinen Polysarkosin-Seitenketten sowie mit amphiphilen Seitenketten aus einem Polylysinkern und einer Polysarkosinschale hergestellt werden. Die Bürsten wurden mittels Lichtstreuung, GPC, CD-Spektroskopie und AFM charakterisiert. Die hohe Biokompatibilität beider Bürsten konnte durch Toxizitätstests und dynamische Lichtstreuung in humanem Blutserum nachgewiesen werden.Die Polysarkosin-Bürsten konnten zusätzlich an den Seitenkettenenden mit Azidgruppen funktionalisiert werden, welche eine effektive Biokonjugation ermöglichen. Die zylindrischen Bürsten zeigten nach ihrer Modifikation keine unspezifische Aufnahme in dendritische Zellen und könnten somit als Ausgangssubstanzen für die Synthese polymerbasierter Antikörper-Antigen-Konjugate in der Krebsimmuntherapie verwendet werden.Die Kern-Schale-Bürsten konnten erfolgreich mit siRNA komplexiert werden, ohne dass dabei eine Aggregation auftrat. In ersten Gen-Knockdown-Experimenten zeigten ihre Komplexe eine signifikante Verminderung der ApoB100-Proteinexpression in AML-12 Hepatozyten und könnten daher zukünftig als Transfektionsmittel in der Gentherapie ihren Einsatz finden.

Cylindrical polymer brushes with polypeptide- and polypeptoid-based side chains serve as promising nanocarriers for controlled drug and gene delivery due to their elongated topology, biocompatibility and high density of functional groups.In this work polylysine and polysarcosine were used as components of the side chains. Polylysine is a positively charged polypeptide which can form complexes with polynucleotides. Polysarcosin reduces the toxicity of the carrier systems and minimizes interactions with the immune system by its stealth effect. Cylindrical polymer brushes with sheer polysarkosine side chains and with amphiphilic side chains consisting of a polylysine core and a polysarcosine shell were synthesized for the first time using the â grafting fromâ approach as well as the ring-opening polymerization of N-carboxy-anhydrides. The polymer brushes were characterized by light scattering, SEC, CD-spectroscopy and AFM. The low cell toxicity and dynamic light scattering studies in human blood serum revealed the high biocompatibility of both systems.Polysarcosine brushes were additionally functionalized with azide groups on the ends of their side chains, which can be utilized for further bioconjugation. After modification the brush showed vanishingly low unspecific uptake in dendritic cells and could be used as base material for the synthesis of polymeric antibody-antigen conjugates in cancer immunotherapy.The core-shell brushes were successfully loaded with siRNA without aggregation. First gene knockdown experiments on AML-12 hepatocytes showed a significant reduction of ApoB100 protein expression. Therefore the amphiphilic polymer brushes seem to be promising nanocarriers which are suitable for transfection.