Eine neue Entwicklung in der biomedizinischen Forschung könnte die Tür zu einer Vielzahl neuer Anwendungen öffnen: Wissenschaftler der Universität Bayreuth haben herausgefunden, dass bestimmte Polymere, sogenannte Polyanionen, auf einzigartige Weise in Zellen eindringen können, ohne Schäden anzurichten.
Die Studie, die war veröffentlicht im Tagebuch ACS Polymers Aukönnen dabei helfen, Wirkstoffe gezielter in die Zellen zu transportieren.
Ein Forscherteam um Prof. Dr. Meike Leiske, Juniorprofessorin für Makromolekulare Chemie an der Universität Bayreuth, hat untersucht, wie sich Polymere nutzen lassen, um Wirkstoffe von Medikamenten genau dorthin zu bringen, wo sie im Körper benötigt werden.
Zu diesem Zweck haben sie eine neue Art von Aminosäure-funktionalisiertem Polymer hergestellt. Aminosäuren – organische Verbindungen, aus denen beispielsweise Proteine oder Hormone bestehen – wurden an Polymere gebunden. Diese neuartigen Polymere können langsam an Zellen binden und sich in der Zellmembran anreichern. Dies eröffnet spannende Möglichkeiten für die Entwicklung neuer medizinischer Anwendungen.
In der aktuellen Studie von Prof. Dr. Meike Leiske, Juniorprofessorin für Makromolekulare Chemie an der Universität Bayreuth, wurden Polyanionen hergestellt, die sich von Aminosäuren ableiten und unterschiedliche Alkylseitenketten aufweisen. Diese Polyanionen wurden mithilfe einer speziellen chemischen Synthesemethode hergestellt, um definierte Eigenschaften zu erhalten.
Die Forscher konnten zeigen, dass diese Polymere eine ähnliche ionische Ladung wie die bekannten Polyacrylsäuren haben, während sie auf unterschiedliche Weise hydrophob, also wasserlöslich, sind.
Die Wechselwirkungen zwischen diesen Polyanionen und Zellen wurden eingehend untersucht und es wurde festgestellt, dass die Polymere langsam an die Zellen binden und sich in der Zellmembran anreichern können. Insbesondere die Polyanionen mit einer höheren Hydrophobie zeigten eine stärkere Bindung an die Zellen.
„Normalerweise interagieren Polyanionen nur sehr langsam oder gar nicht mit unseren Zellen, da sie ebenso wie unsere Zellmembran negativ geladen sind. Durch die Verwendung etwas hydrophoberer Aminosäuren konnten wir die Polymere so gestalten, dass sie sich einbetten.“ sich in der Zellmembran fest, was normalerweise nicht der Fall ist, bevor sie schließlich aufgenommen werden“, erklärt Leiske.
Diese bahnbrechende Forschung zeigt das Potenzial von Polymeren, die aus natürlichen Aminosäuren gewonnen werden. Die Vielfalt dieser Materialien eröffnet neue Möglichkeiten, ihre Eigenschaften für unterschiedliche medizinische Zwecke anzupassen.
„Die Entdeckung, dass Polyanionen auf sanfte Weise in Zellen eindringen können, ohne diese zu schädigen, eröffnet neue Möglichkeiten für die biomedizinische Forschung. Diese Erkenntnis unterstreicht, dass maßgeschneiderte Polymere, beispielsweise auf Basis von Aminosäuren, zur Entwicklung innovativer Ansätze für biomedizinische Anwendungen beitragen könnten.“ sagt Leiske.
Mehr Informationen:
Jonas De Breuck et al., Von Aminosäuren abgeleitete anionische Polyacrylamide mit maßgeschneiderter Hydrophobie – physikalisch-chemischen Eigenschaften und zellulären Wechselwirkungen, ACS Polymers Au (2024). DOI: 10.1021/acspolymersau.3c00048