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Wir arbeiten an der Entwicklung dynamischer Polymere, welche mit Biomarkern und der Umgebung von erkranktem Gewebe interagieren. Diese Materialien, auch als Smartpolymers oder Stimulus-reaktive Polymere bezeichnet, besitzen die Fähigkeit, ihre Eigenschaften wie Löslichkeit, Ladung, Molekulargewicht, Hydrophobie und Freisetzung von Molekülen als Reaktion auf bestimmte Stimuli zu verändern. Unser Ziel ist es, Polymere zu entwickeln, die dynamisch auf spezifische Biomarker oder Umgebungen reagieren können. Folglich können diese Polymere durch ihre Wechselwirkung mit den jeweiligen Erkrankungen für eine Reihe von Anwendungen eingesetzt werden, darunter die Prävention, Erkennung, Diagnose und Behandlung. Unser Ansatz hierfür umfasst drei Hauptstrategien:
1. Dynamische Polymere als bioaktive Stoffe
Die Beschaffenheit unserer bioinspirierten dynamischen Polymere bietet viele Vorteile. Einer davon ist die pH-Abhängigkeit der Polymere, die zu morphologischen Veränderungen wie der Größe oder Form des Moleküls führt, aber auch dessen Ladung und Hydrophobie beeinflusst.
Unser Ziel ist es, diese Eigenschaft auszunutzen, um Kontrolle über das biologische Verhalten unserer Materialien zu erlangen. Spezifischer, wollen wir den unterschiedlichen pH in und um (erkrankten) menschlichen Zellen nutzen, um erstens relevante Strukturen anzuvisieren und zweitens die in unseren Polymeren eingebettete Wirkstoffe an diese Strukturen zu liefern. Wir gehen davon aus, dass wir relevante Strukturen spezifisch anvisieren, Wirkstoffe erfolgreich in die Ziele liefern und gleichzeitig die Interaktionen mit unrelevanten Strukturen reduzieren können.
2. Dynamische Polymere zur kontrollierten Wirkstofffreisetzung
Dynamische Polymere können sich durch physikalische oder chemische Veränderungen an kleine Verschiebungen in der Mikroumgebung von Zellen wie Temperatur, pH-Wert, Licht und Oxidation anpassen. Durch die Reaktion auf entsprechende Stimuli stellen dynamische Polymere intelligente undkontrollierbare Systeme mit gezielter Wirkstofffreisetzung dar.
Wir konzentrieren uns auf die Entwicklung von Prodrugs, auf Basis dynamischer Polymere, wobei wir die verschiedenen chemischen Biomarker zwischen geschädigten und gesunden Zellen im Körper ausnutzen, sodass unsere Polymere spezifisch auf Erkrankungen reagieren. Diese Prodrugs werden aktiviert, wenn sie krankheitsspezifischen Reizen ausgesetzt werden, sodass die Wirkstoffaktivierung nur am geschädigten Gewebe erfolgt. Diese intelligenten Eigenschaften der Prodrugs ermöglichen es ihnen, Wirkstoffe an den Zielort zu transportieren, wodurch die Wirksamkeit erhöht und die unerwünschten Nebenwirkungen der Wirkstoffe reduziert werden.
3. Dynamische Polymere zur Erkennung und Wahrnehmung
Durch ihren Aufbau aus verschiedenen Bestandteilen, wie spezifischen Fluorophoren, können dynamische Polymere ihre Fluoreszenz beim Abbau und der Freisetzung ihrer Monomere an gezielten Stellen aktivieren und so ein schnell analysierbares und rückverfolgbares Signal liefern. Darüber hinaus führt der Einbau spezifischer funktioneller Gruppen als Teil des Chromophors zur Wechselwirkung mit spezifischen Metallionen, was den Nachweis dieser Biomarker durch schnelle, ionenselektive und konzentrationsabhängige Fluoreszenzauslöschung ermöglicht. Unsere Forschung konzentriert sich auf die Nutzung der einzigartigen Eigenschaften dynamischer Polymere, um eine präzise, vom Abbau abhängige, Fluoreszenzaktivierung und fluoreszenzabhängige Wechselwirkung von Ion zu Polymer zu ermöglichen.
