Novel degradablepolymeric materials for biomedical and antibacterial applications

In dieser Arbeit wurden abbaubare Polymere für drei verschiedene Anwendungen designt, synthetisiert und charakterisiert: DNA-Transfektion, Wirkstofffreisetzungen und antibakterielle Materialien. Im ersten Teil der DNA-Transfektion wurden das neuartige abbaubare und biokompatible Poly(PEG-co-(BMDO-...

Ausführliche Beschreibung

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser: Zhang, Yi
Beteiligte: Agarwal, Seema (Prof. Dr.) (BetreuerIn (Doktorarbeit))
Format: Dissertation
Sprache:Englisch
Veröffentlicht: Philipps-Universität Marburg 2012
Chemie
Schlagworte:
Online Zugang:PDF-Volltext
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Beschreibung
Zusammenfassung:In dieser Arbeit wurden abbaubare Polymere für drei verschiedene Anwendungen designt, synthetisiert und charakterisiert: DNA-Transfektion, Wirkstofffreisetzungen und antibakterielle Materialien. Im ersten Teil der DNA-Transfektion wurden das neuartige abbaubare und biokompatible Poly(PEG-co-(BMDO-co-DMAEMA)) und das quaternisierte Poly(PEG-co-(BMDO-co-DMAEMA•EtBr)) erfolgreich synthetisiert und charakterisiert. Durch die Einführung eines hydrophilen PEG-Blocks in das Polymerrückgrat konnte die Löslichkeit des Polymers in Wasser deutlich verbessert werden. Zusätzlich führte der erfolgreiche Einbau von Estergruppen in das Copolymerrückgrat zu einem schnellen Abbau des Copolymers unter enzymatischen und Pufferbedingungen. Alle synthetisierten Copolymere zeigten eine niedrige Zytotoxizität. Die quaternisierten Copolymere besaßen höhere IC50-Werte mit L929 Zellen als die unquaternisierten Copolymere und lieferten positive Ergebnisse bei Versuchen zu den p-DNA-Transfektionen. Im zweiten Teil der DNA-Transfektionen wurde das abbaubare und biokompatible Poly(PEG-co-(MDO-co-DMAEMA)) und das quaternisierte Polymer Poly(PEG-co-(MDO-co-DMAEMA•EtBr)) mittels radikalischer Polymerisation unter Verwendung des PEG-Makro-Azoinitiators synthetisiert. Die PEG-Einheit in der Polymerkette führte zu einer Verbesserung der Löslichkeit des Polymers. Die Verwendung des reaktiveren MDO an Stelle von BMDO als Monomer führte zu einem höheren Anteil an Esterbindungen im Copolymer. Nach der Quaternisierung von Poly(PEG-co-(MDO-co-DMAEMA)), zeigten die Polymere eine deutlich bessere Löslichkeit und Komplexierungseffizienz. Das biokompatible Polymer zeigte ein positives Ergebnis im Transfektionsexperiment in Gegenwart von Serum. Für die Wirkstofffeisetzung wurde ein biokompatibles, funktionales und abbaubares Polymer, welches auf HEMA basiert Poly(BMDO-co-HEMA), erfolgreich durch radikalische Polymerisation synthetisiert. Die Struktur des resultierenden Polymers und die Reaktionskinetik wurden in dieser Arbeit untersucht. Die Überlebensrate der Zellen war höher als 80%, selbst bei sehr hohen Polymerkonzentrationen (100 mg/ml). Das hydroxyl-funktionalisierte Polymer wurde hydrolytisch unter basischen Bedingungen abgebaut und zeigte Oberflächenerosion und Bulk-Abbau bei Verwendung von Makrophagen. Ein vielversprechendes positives Ergebnis wurde für die Verwendung solcher Polymere für Wirkstoffverkapselung festgestellt. Dieses neue, gut charakterisierte, biokompatible und abbaubare hydroxyl-funktionalisierte Polymer ist potenziell für viele verschiedene biomedizinische Anwendungen geeignet. Für die antibakterielle Anwendung wurde Poly(BMDO-co-HEMA-graft-DMAEMA) mit unterschiedlichen DMAEMA-Seitenkettenlängen unter Verwendung eines neuen Makro ATRP-Initiators synthetisiert. Eine hohe Wasseraufnahmefähigkeit dieses Copolymers konnte beobachtet werden. Bei höheren Temperaturen sowie einem niedrigeren pH-Wert zeigte das Polymers mit 43 wt.% DMAEMA an der Seitenkette die höchste Wasseraufnahmeeffizienz. Poly(BMDO-co-HEMA-graft-DMAEMA) zeigte eine hohe antibakterielle Aktivität gegen E. coli und bacililus subtilis bei Konzentrationen bis unter 31,25 µg/mL. Die zeitabhängigen antibakteriellen Tests ergaben eine antibakterielle Aktivität gegen E. coli von 99,9% innerhalb von 1 min. Dieses Polymer wies auch einen langsamen Abbau unter Kompostbedingungen auf.
DOI:https://doi.org/10.17192/z2012.0925