Oligo(ethylenglycol)acrylat Mikrogele zur Herstellung neuer Biomaterialien

• Oligo(ethylene glycol)acrylate microgels as building blocks for new biomaterials

Melle, Andrea; Pich, Andrij (Thesis advisor); Fabry, Marlies (Thesis advisor)

Aachen (2017)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2017

Kurzfassung

Die Forschung an kolloidalen, wässrigen Mikrogelen gewann aufgrund ihrer vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten z.B. als schaltbares Wirkstofffreisetzungssystem oder als proteinabweisendes Beschichtungsmaterial in den letzten Jahrzehnten zunehmend an Bedeutung. Als klassische temperatursensitive Monomere werden N-Isopropylacrylamid (NIPAAm) und N-Vinylcaprolactam (VCL) verwendet. Da sich NIPAAm für biomedizinische Anwendungen wegen seiner Toxizität als weniger geeignet erwiesen hat, wird besonders für dieses Anwendungsgebiet nach neuen Alternativen gesucht. Monomere mit kurzen Oligo(ethylenglycol)-Seitenketten gelangen dabei aufgrund ihrer Temperatursensitivität und hohen Biokompatibilität immer mehr in den Fokus. Daher ist Ziel dieser Arbeit neue Mikrogele aus Oligo(ethylenglycol)acrylaten (OEGAs) zu synthetisieren, charakterisieren, deren biomedizinische Eigenschaften zu untersuchen und mit ihnen neue Materialien herzustellen. Der erste Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese und Charakterisierung verschiedener Oligo(ethylenglycol)acrylat (OEGA) Mikrogele. Dabei liegt der Fokus auf den OEGAs 2-Methoxyethylacrylat (MEA), Di(ethylenglykol)ethyletheracrylat (DEGA) und Tri(ethylenglykol)ethyletheracrylat (TEGA). Zunächst wird die Homopolymerisation der OEGAs zu POEGA Mikrogelen untersucht, anschließend die Copolymerisation der OEGAs mit N-Vinylcaprolactam (VCL) in einer Ein- und Zweischrittsynthese. Des Weiteren werden zusätzliche funktionelle Gruppen wie Acrylsäure (AA) und Glycidylmethacrylat (GMA) in die PVCL/OEGA Mikrogele eingebaut, die zu Postmodifikationsreaktionen genutzt werden können. Für alle Reaktionssysteme wird der Einfluss des Comonomergehaltes auf die Mikrogeleigenschaften wie Partikelgrößenverteilung, hydrodynamischer Radius, Temperaturschaltbarkeit und Mikrogelmorphologie untersucht. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit den biomedizinischen Eigenschaften der PVCL/OEGA Mikrogele. Hier wird zunächst auf die Hämokompatibilität der PVCL/OEGA Mikrogele eingegangen, die eine wichtige Grundvoraussetzung für biomedizinische Anwendungen darstellt. Des Weiteren wird die Internalisierung von PVCL/MEA Mikrogelen durch unspezifische Wechselwirkung in HeLa-Zellen bestätigt und keine Zytotoxizität der PVCL/MEA Mikrogele gegenüber HeLa-Zellen nachgewiesen, was sie für den Einsatz als potentielles Trägermaterial in der Krebstherapie interessant macht. Im letzten Teil der Arbeit wird auf die filmbildenden Eigenschaften der PVCL/OEGA Mikrogele eingegangen. Die Proteinabweisung dieser homogenen Mikrogelfilme wird qualitativ und quantitativ nachgewiesen, weshalb die PVCL/OEGA Mikrogele als Beschichtungsmaterial für Implantate oder Katheter eingesetzt werden könnten. Auch Interaktionen der Mikrogelfilme mit Fibroblasten führen zu keinem Zelltod, was wiederum die hohe Biokompatibilität der PVCL/OEGA Mikrogele bestätigt.