Dokument

Zusammenfassung:
Katarakt (Grauer Star) ist eine Erkrankung, die durch eine Dysfunktion des Metabolismus im Auge hervorgerufen wird und in Folge dessen zu einer Trübung der Linse führt [1, 2]. Über 20 Millionen Menschen haben durch diese Erkrankung ihre Sehkraft verloren [3, 4]. Die wesentlichste Behandlungsmethode umfasst die operative Entfernung der natürlichen Linse, die so genannte Extrakapsuläre Katarakt Extraktion (ECCE) und die darauffolgende Implantation einer polymeren Intraokularlinse (IOL) [5, 6]. Die am häufigsten vorkommende Komplikation, die in den ersten 3 bis 5 Jahren auftritt und bei 50 % der Patienten beobachtet wird, ist das erneute Eintrüben der IOL, welches als sekundärer Katarakt (Nachstar, oder Posterior Capsule Opacification, PCO) bezeichnet wird [7–10]. Die einzige Behandlungsmethode ist die invasive chirurgische Laserkapsulotomie, bei der der Kapselsack thermisch irreversibel zerstört wird [11]. Die Pathogenese der PCO ist darauf zurückzuführen, dass bei der ECCE Linsenepithelzellen im hinteren Kapselsack verbleiben und durch den Eingriff stark proliferierendes Narbengewebe zurückbleibt [12, 13], was zu einer Eintrübung der polymeren Linse führen kann. Diese Arbeit fokussiert sich auf die Entwicklung polymer basierter Drug-Delivery-Systeme, die auf Basis eines photoinduzierten Stimulus aktiviert werden und infolge dessen den Wirkstoff freisetzen. Der verwendete Wirkstoff, ist bereits durch entsprechende Anwendung zur Behandlung der PCO etabliert [14–18], wobei innovativ das Drug-Delivery- System 5-Fluoruracil (5-FU) als zytotoxisch wirksames Agens enthält. Hierfür bildet 5-FU durch die [2+2]-Cycloadditionsreaktion nach Woodward-Hoffmann mit einen entsprechend Linker Kreuzdimere oder Homodimere, die an das Polymerrückgrat kovalent gebunden werden können. Dabei wird das Dimer durch photoinduzierte Bestrahlung über eine [2+2]-Cycloreversionsreaktion vom Linker gespalten und durch Diffusion aus der polymeren Matrix freigesetzt. Die [2+2]-Cycloreversionsreaktion kann entweder durch einen Ein-Photon- Absorptionsprozess (SPA) unterhalb von 300 nm, oder durch einen Zwei-Photonen- Prozess (TPA) oberhalb von 300 nm induziert werden. In dieser Arbeit werden Lichtquellen verwendet, die bei 266 nm (SPA) und Licht im Bereich von 532 nm (TPA) emittieren. In früheren Arbeiten wurde Coumarin als Linker-Molekül verwendet [13, 19]. Dieses besitzt hervorragende photochemische Eigenschaften, ist aber gegenüber Hydrolysereaktionen instabil, was wiederum die Reinigung der Kreuzdimere erschwert [20]. Aufgrund dessen wurden als alternative Linker-Strukturen Chalkon, H5FU (Heptanoyl- 5-Fluoruracil), BCA (4-methyl-2-oxo-2H-Benzo[h]chromen-8-yl acetat) verwendet. Sechs wesentliche Aspekte bezüglich der Drug-Delivery-Systeme werden in dieser Arbeit untersucht und vorgestellt: 1. Die Etablierung der Synthese der Kreuz- und Homodimere. 2. Charakterisierung der SPA- und TPA-induzierten Spaltungsreaktionen. 3. Etablierung eines polymeren Systems, welches mit einem Kreuz- oder Homodimer funktionalisiert wird und zusätzlich nach DIN ISO Norm mit einem UV-Absorber copolymerisiert wird. 4. Charakterisierung der Freisetzungskinetik des Wirkstoffs aus dem Polymer. 5. Untersuchung der Licht- und thermischen Stabilität der Polymere. 6. Validierung der Reproduzierbarkeit der photoinduzierten Wirkstofffreisetzung aus dem Polymer. Die Entwicklung von fluoreszierenden Arzneiformen wird schon seit Längerem erfolgreich angewendet, um es z.B. für bildgebende Methoden zu nutzen oder Freisetzungsprofile aus einem Drug-Release-System besser darzustellen, bzw. mögliche physiologische Diffusionsprozesse oder Erkrankungen besser untersuchen zu können [21, 22]. In dieser Arbeit wird ein fluoreszierendes Polymersystem vorgestellt, welches basierend auf der Vorschrift der Synthese des Chalkon-H5FU (CFKD)-Polymers erzeugt wurde [23]. Als Linker wurde Chalkon und BCA (8-acetoxy-4- methyl-2H-Benzo[h]chromen- 2-on) als fluoreszierender Farbstoff verwendet. Wie bei dem CFKD-Polymer wurde die Freisetzung des Fluoreszenzfarbstoffs durch Ein- Photon-Absorptions- oder Zwei-Photonen-Absorptions-Prozesse induziert. Um ein Profil von dem Diffusionsprozess zu erhalten, wurde die Wirkstoffdiffusion aus dem Polymer nach einer Laser-getriggerten Aktivierung in situ visuell festgehalten. Neben der [2+2]-Cycloaddition nach Woodward-Hoffmann entstehen bei der photochemisch induzierten Synthese mit dem Rayonet-Reaktor Oxetane zwischen 5-FU und dem Photosensibilisator Benzophenon durch eine [2+2]-Cycloaddition nach Paternò-Büchi. Diese wurden eingehend untersucht und die SPA-induzierte Spaltungsreaktion analysiert. Da 5-FU ein zytotoxisch wirkendes Agens ist [24], wurde ein Wirkstoff gewählt, der aufgrund seines Molekülgerüsts durch photoinduzierte [2+2]-Cycloaddition einen Cyclobutanring mit einem Linker ausbildet und zum anderen bereits bei der Behandlung der PCO erprobt wurde. Hierfür wurde Tranilast verwendet und erfolgreich ein Kreuzdimer mit dem Linker-Molekül Coumarin via Cycloadditionsreaktion erzeugt.

Bibliographie / References

1. R.Wayne, Principles and Applications of Photochemistry, Oxford University Press, 1988.
2. G. Ciamician, P. Silber, Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft 1902, 35 (4), 4128–4131.
3. 2014 A. P. Busch, D. Rhinow, F. Yang, H. Reinhardt, A. Beyer, A. Gölzhäuser, N. Hampp " Site-Selective Biomineralization of Native Biological Membranes. " J. Mat. Chem. B, 2 (2014) 6924-6930.
4. J. Heller, Advanced Drug Delivery Reviews 1993, 10 (23), 163 – 204.
5. R. W. Young, Age-related cataract, Oxford University Press, 1991.
6. R.-P. Baumann, A. P. Busch, B. Heidel, N. Hampp " A New Class of Purple Membrane Variants for the Construction of Highly Oriented Membrane Assemblies Based on Noncovalent Interac- tions. " J. Phys. Chem. B, 116 (2012) 4134-4149.
7. R. Dahm, Biologie in unserer Zeit 2003, 33 (6), 366–374.
8. A. R. Robertson, Color Research & Application 1977, 2 (1), 7–11.
9. L. Heister, De cataracta, glaucomate et amaurosi tractatio, Universitätsbibliothek Erlangen-Nürnberg, Altdorf 1713, Sign. Trew IX 825.
10. E. M. del Amo, A. Urtti, Drug Discovery Today 2008, 13 (34), 135 – 143.
11. [195] m. Inan, F. Öztürk, S. Kaynak, S. Ilker, E. Özer, C. Güler, Graefe's Archive for Clinical and Experimental Ophthalmology 2001, 239 (9), 693–697.
12. M. S. Platz, Kinetics and Spectroscopy of Carbenes and Biradicals, Springer Science and Business Media New York, 1990.
13. H. Eichler, B. Liu, J. Kunde, A. Haase, Laser-System mit SBS-Glasfaser- Phasenkonjugation Laser system with SBS phase conjugation fiber, 2002, dE Pa- tent 19,621,461.
14. J. Kopecký, Organic Photochemistry: A Visual Approach, VCH Publishers, New York, 1992.
15. 2012 A. Busch, M. Neebe, N. Hampp " PEGylation of Membrane Proteins like Bacteriorhodopsin as a Tool to Increase their Stability towards Ethanol. " J. Phys. Chem. B, 116 (2012] 14613-14617.
16. J. Brouwers, Pharmacy World and Science 1996, 18 (5), 153–162.
17. Annegret P. Busch, Norbert Hampp " Photo-triggered drug release from functionalized hydrophilic polymers " Sino-German Workshop " Functional (Nano-) Biomaterials " , Marburg 06/2012
18. (Hrsg.: A. J. Domb), Polymeric site-specific pharmacotherapy, (Hrsg.: A. J. Domb), Wiley, Chicester, U.K, 1994.
19. A. H. M. Gillian Beattie, Proliferation humaner endokriner pankreaszellen in kul- tur, 1997.
20. J. F. Kunzler, Sterilization of intraocular lenses, 2012.
21. Annegret P. Busch, Hee-Cheol Kim, Nobert Hampp " Synthesis and Imaging of photocleavage of a new crossdimer of a fluore- scent dye and a linker for photo-triggered release from polymer backbone. " In preparation Poster 03/2014
22. Annegret P. Busch, Julia Liese, Nobert Hampp " Synthesis and Photocleavage of a new polymerizable [2+2]-crossdimer for photo-triggered drug release from polymer backbone. " In preparation 2015
23. H. Ochiai, Y. Ochiai, E. Chihara, The Kobe journal of the medical sciences 2001, 47 (5), 203–209.
24. Annegret P. Busch, Nobert Hampp " Two-Photon-Absorption Triggered Release of 5-Fluorouracil from Isomer-Pure Polymer-Bound Syn-Head-to-Head Dimers for Novel Intrao- cular Lenses. " In preparation 2015
25. J. Liese, N. Hampp, The Journal of Physical Chemistry A 2011, 115 (14), 2927– 2932.
26. H.-H. Perkampus, Encyclopedia of Spectroscopy, VCH Verlag, Weinheim, 1995.

Das Dokument ist im Internet frei zugänglich - Hinweise zu den Nutzungsrechten