ISBN 978-3-8439-0617-3

978-3-8439-0617-3, Reihe Physikalische Chemie

Gernot Ulf Marten
Maßgeschneiderte multifunktionale Hybrid-Nanopartikel für biomedizinische Anwendungen

215 Seiten, Dissertation Universität Köln (2012), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Herstellung und Untersuchung von biokompatiblen magnetischen Hybrid-Nanopartikeln mit einer maßgeschneiderten multifunktionalen Polymerhülle für biomedizinische Anwendungen.

Dazu werden superparamagnetische Magnetit-Nanopartikel hergestellt, die durch eine oberflächeninitiierte ATRP mit einer multifunktionalen Polymerhülle versehen werden, die überwiegend aus POEGMA mit unterschiedlicher Seitenkettenlänge besteht und ein thermoresponsives Phasenverhalten zeigt.

Oberhalb der Übergangstemperatur Tc kollabieren die Polymerketten auf der Partikeloberfläche und führen so zur Agglomeration und leichten Abtrennbarkeit der Partikel. Weitere Comonomere mit funktionellen Gruppen wie ß-Cyclodextrin (ß-CD) oder Succinimidylestern werden genutzt, um entsprechende Funktionen in die Hülle einzubringen. Die Nanopartikel haben einen hydrodynamischen Durchmesser von bis zu 150 nm und bilden stabile Dispersionen in wässrigen Medien. Die Partikelkerne können durch Relaxationsprozesse in einem magnetischen Wechselfeld Wärme generieren und so als intrinsische Heizquellen dienen.

Die funktionalisierten Hybridpartikel werden für verschiedene Anwendungsmöglichkeiten untersucht.

Mit Hilfe ß-CD-funktionaler Partikel wird ein Modell eines magnetisch schaltbaren Wirkstofffreisetzungssystems hergestellt. Durch Bildung eines reversible Wirt-Gast-Komplexes mit den ß-CD-Gruppen wird ein geeigneter Gast angebunden und anschließend durch Temperaturerhöhung im Wechselfeld oberhalb Tc wieder freigesetzt.

Succinimidyl-funktionalisierte Partikel sind in der Lage, Amin-funktionale Stoffe kovalent zu binden. Dies wird zur magnetischen Anbindung und Separation von zellulären Membranproteinen in vitro und ex vivo genutzt. Des Weiteren wird Trypsin auf der Partikelhülle immobilisiert und die katalytische Aktivität anhand ausgewählter Modellreaktionen untersucht. Es kann gezeigt werden, dass die Enzymaktivität der geträgerten Biokatalysatoren thermisch und magnetisch regulierbar ist. Bei Temperaturen unterhalb Tc zeigt das Enzym eine geringe katalytische Aktivität, die bei Überschreitung von Tc stark ansteigt.

Zur möglichen Krebstherapie werden Fibroblasten mit Nanopartikeln inkubiert, um durch Abfangen von reaktiven Sauerstoff-Spezies (ROS) innerhalb der Zelle eine Transdifferenzierung zu Myofibroblasten zu unterdrücken. So wird die Kommunikation mit Tumor-Zellen unterbunden und damit das Invasionspotential der Krebszellen reduziert.