Synthese und Charakterisierung von Glykanliganden und Galektinen für die Entwicklung von Biomaterialbeschichtungen

  • Synthesis and characterisation of glycan ligands and galectins for the development of biomaterial coatings

Kupper, Christiane Elisabeth; Elling, Lothar (Thesis advisor)

Aachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University (2013)
Doktorarbeit

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2013

Kurzfassung

Die Doktorarbeit „Synthese und Charakterisierung von Glykanliganden und Galektinen für die Entwicklung von Biomaterialoberflächen“ beschäftigt sich mit der Bereitstellung und Charakterisierung von Galektinen und Glykanen zur nachfolgenden Herstellung von Biomaterialbeschichtungen. Dabei wurden zwei generelle Prinzipien verfolgt, die entweder auf der Immobilisierung von Glykanen oder von Galektinen auf einer Oberfläche basieren. Darauf aufbauend, können Galektine, Glykoproteine der extrazellulären Matrix (ECM) und/oder Zellen auf die Oberfläche binden. Unterschiedlich komplexe Aufbauten können hergestellt werden, um die natürliche Zellumgebung nachzuahmen. Dazu wurden zunächst unterschiedliche Glykane, die auf poly-LacNAc-linker-tBoc-Sacchariden basieren, im präparativem Maßstab hergestellt. Variationen am nicht-reduzierenden Ende wurden enzymatisch und chemisch erreicht. Durch weitere enzymatische Verlängerungen konnten auch Saccharide mit internen Modifikationen hergestellt werden. Diese Glykanderivate wurden auf ihre Bindung an Galektine untersucht. Dabei wurden vor allem zwei interessante Liganden entdeckt. Die alpha,beta-ungesättigten Aldehyde des Tetrasaccharids und Hexasaccharids weisen eine besonders starke Inhibitionskraft auf die Galektin-1C2S-Asialofetuin-Bindung auf. Diese Bindung konnte durch die Probenvorbereitung für die SDS-PAGE nicht gelöst werden, was auf eine kovalente Bindung hindeutet. Die 6-biotinylierten Saccharide weisen eine geringe Bindung zum Galektin-1C2S, jedoch unveränderte Bindung zum Galektin-3 auf, so dass mit diesen Zuckern eine Spezifität für das Galektin-3 gegenüber dem Galektin-1C2S erreicht wird. Für den Aufbau einer Biomaterialoberfläche mit direkt immobilisiertem Galektin wurden Fusionsproteine hergestellt, die zusätzlich einen SNAP-Tag zur einfachen gerichteten Immobilisierung und ein Fluoreszenzprotein zum Nachweis der Immobilisierung tragen. In ihren Binde- und Oligomerisierungseigenschaften sind diese in etwa mit den unfusionierten Galektinen vergleichbar. Die erfolgreiche gerichtete Immobilisierung dieser Fusionsproteine wurde an unterschiedlichen Oberflächen gezeigt. Die SNAP-Tag-orientierte Kopplung zeigte sich dabei vorteilhaft gegenüber einer nicht-orientierten Kopplungsstrategie über NHS-Chemie, da eine ca. dreifach höhere Bindekapazität nach gerichteter Immobilisierung erreicht werden konnte. Positive Effekte immobilisierter Galektine auf die Adhäsion von Zellen konnten in ersten Versuchen gezeigt werden. Außerdem wurde für das Galektin-3 eine pro-angiogene Wirkung gezeigt, welche ebenfalls in weiteren Versuchsaufbauten mit immobilisiertem Galektin-3 weiter untersucht werden kann. Die in dieser Arbeit bereitgestellten und charakterisierten Bestandteile einer künstlichen ECM, können nun für die Herstellung von Biomaterialbeschichtungen eingesetzt werden.

Identifikationsnummern