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Synthese eines Polymerskeletts im hydrophilen Innenraum von ...

Synthese eines Polymerskeletts im hydrophilen Innenraum von ...

170 5 Zusammenfassung

170 5 Zusammenfassung ZUSAMMENFASSUNG Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der polymerchemischen Nachahmung des quasi-zweidimensionalen Zytoskeletts von Erythrozyten im Liposomenmodell. Es wurde untersucht, ob sich der stabilisierende Charakter des erythrozytären Zytoskeletts auf Liposomen übertragen lässt. Im Unterschied zu vorhergehenden Arbeiten (siehe Kapitel 1.4.1), sollte das künstliche, Membranskelett ausschließlich im hydrophilen Innenraum der Vesikel lokalisiert sein. Das Syntheseprizip beruhte auf einer Verkapselung von Co-Monomeren und Vernetzermolekülen im wässrigen Innenraum von Liposomen und Abtrennung des unverkapselten Co-Monomer-Anteils. Anschließend wurde der Radikalstarter DEAP zugesetzt, der sich infolge seiner ausgeprägten Lipophilie (Kapitel 4.1.1) in die Lipidmembran eingelagerte. Durch Bestrahlung mit UV-Licht wurde die radikalische Polymerisation folglich direkt an der Membran gestartet und es kam zum Aufbau des quasi-zweidimensionalen Polymerskeletts am inneren Monolayer der liposomalen Membran. Essenziell für die Vermeidung von extraliposomalem Polymer war eine geringe Permeationsgeschwindigkeit verkapselter Co-Monomere durch die liposomale Membran, damit diese den Innenraum der Vesikel während des Polymerisationsprozesses nicht verlassen konnten. Im ersten Teil der Arbeit wurde daher das Permeationsverhalten verschiedener hydrophiler Co-Monomere durch liposomale Membranen mit unterschiedlichen Methoden bestimmt (Kapitel 4.1). Da die Permeationshalbwertszeiten einiger Monomere zu kurz waren (< 1 s), um mit herkömmlichen Methoden bestimmt zu werden, wurden in Zusammenarbeit mit Frau Dipl.-Chemikerin A. Leson und Herrn Prof. C. Mayer (Institut für Physikalische Chemie der Universität Duisburg-Essen) Permeationsmessungen mit Hilfe einer neuen Pulsed-Field-Gradient-NMR-Methode durchgeführt (Kapitel 1.3.1 und 4.1.2.2). Selbst hydrophile Co-Monomere mit Molekularmassen bis ca. 500 Da und mit bis zu 10 H-Brücken-Akzeptoren konnten den Vesikelinnernraum sehr schnell verlassen, wenn sie ungeladen vorlagen und eine lineare Molekülstruktur aufwiesen. Eine stabile Verkapselung gelang nur mit geladenen Co-Monomeren. Das Monomer

ZUSAMMENFASSUNG 171 Sulfoethylmethacrylat (SEMA) zeigte eine ausreichend lange Permeationshalbwertszeit von 3 Tagen und 18 Stunden. Da kein geladenes Vernetzermolekül kommerziell erhältlich war, wurde im Rahmen dieser Arbeit Dimethacyloylglycerolsulfat (DMAGS) synthetisiert (Kapitel 3.2). Dieses ließ sich mit einer Permeationshalbwertszeit von über 5 Stunden ebenfalls stabil intraliposomal verkapseln. Eine Verankerung des Co-Polymers in der liposomalen Membran erfolgte über den reaktiven Membrananker DOGM. In Vorgängerarbeiten wurde bereits erkannt, dass ein DOGM-Gehalt in der Lipidmembran von > 3 mol% zu Phasenseparation führt (Uhlmann 1999). Unklar war bislang, ob schon geringere DOGM-Konzentrationen Membrandefekte verursachen und sich dadurch negative auf die stabile Verkapselung von Co-Monomeren auswirken. Untersuchungen mittels zeitaufgelöster PFG-NMR konnten nun zeigen, dass Membrandefekte, die das Permeationsverhalten kleiner, hydrophiler Moleküle (Glucose) beeinflussen, erst oberhalb von ca. 3 mol% DOGM auftraten. Auch die Co-Monomere selbst verursachten im Konzentrationsbereich ihrer Verwendung keine Schäden an der Membran. Ein Schema zur Synthese des Polymerskeletts im hydrophilen Innenraum von Liposomen ist in Abbildung 5-1 gezeigt. Die chemische Stabilität der Co-Monomere wurde bestimmt, um eine hydrolytische Zersetzung während der Synthese auszuschließen. Alle untersuchten Co-Monomere (SEMA, DMAGS, TEGDM) waren unter den gewählten Bedingungen außerordentlich stabil (Kapitel 4.2.4). Das Polymerisationsverhalten dieser Co-Monomere wurde nachgewiesen. Da bereits nach 15 – 20 Minuten 85 % aller Monomere polymerisiert waren konnte die Polymerisationszeit von 3 Stunden (Stauch, 2002) auf 60 Minuten reduziert werden, wodurch die empfindliche Lipidmembran weniger belastet wurde (Kapitel 4.3). Im zweiten Teil der Arbeit wurden die polymerhaltigen Liposomen charakterisiert. Mittels Element Selective Imaging (ESI, Kapitel 4.4.1) konnte eine Colokalisation von Vesikeln und Co-Polymer nachgewiesen werden. Es war kein extraliposomales Polymer in den Vesikeldispersionen zu erkennen. TEM-Untersuchungen an Ultradünnschnitten eingebetteter und RuO4-kontrastierten Vesikelzubereitungen zeigten die quasi-zweidimensionale Struktur des Polymers (Kapitel 4.4.3).

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