Synthese von Oligosaccharid-Polyetherbausteinen für den Aufbau von neuartigen ultradünnen biofunktionalisierten PEG-Stern-Polymerschichten

  • Synthesis of oligosaccharide-polyether building blocks for the setup of new ultra thin biofunctionalized PEG-star polymer layers

Adamiak, Kathrin; Elling, Lothar (Thesis advisor)

Aachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University (2012)
Doktorarbeit

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2011

Kurzfassung

Das Ziel dieser Arbeit war der modularisierte Aufbau einer multivalenten Glykanpräsentation auf Biomaterialoberflächen. Über multifunktionelle Kopplermoleküle sollten zielgerichtet Oligosaccharide verankert und charakterisiert werden. Für dieses Ziel griffen verschiedene Arbeiten ineinander. Zunächst wurden LacNAc-Derivate synthetisiert, die am reduzierenden Ende eine Funktionalisierung trugen. Für diesen Syntheseschritt wurden unterschiedliche GlcNAc-Moleküle mit der His6-Propeptid-beta4GalT1 charakterisiert, welche sich besonders affin für hydrophobe Funktionalisierungen zeigte. Hinsichtlich der durchgeführten LacNAc Synthesen bedeutete dies eine optimale Eigenschaft. LacNAc-Derivate mit Azid-, Amino- und Propargyl-Funktionalisierung konnten erfolgreich im präparativen Maßstab synthetisiert, isoliert und verifiziert werden. Einzig das kombinierte Molekül aus Saccharid und einem bifunktionellen Koppler wies unzureichende kinetische Parameter auf, um für eine effiziente LacNAc Synthese in Frage zu kommen. Insgesamt konnte mit den Substraten GlcNAc-(CH2)6-Azid und GlcNAc-amino-tBoc je ca. 300 mg (0,6 mmol) LacNAc-Derivat synthetisiert werden, zusätzlich eigneten sich beide Substrate für die Herstellung neuartiger LacDiNAc-Strukturen über die Katalyse mit einer mutanten Form der beta4GalT (Y284L). Poly-LacNAc-Derivate wurden unter Einsatz von bis zu drei verschiedenen Enzymen mit GlcNAc-(CH2)6-Azid und GlcNAc-amino-tBoc über zwei Verfahren hergestellt: über den gut kalkulierbaren -aber aufwendigen- sukzessiven Syntheseprozess, oder über das ökonomischere Ein-Topf Syntheseverfahren. Dabei wurden im präparativen Maßstab Ausbeuten von > 90% erzielt. So konnte erstmalig die chemo-enzymatische Synthese von Azid- und Amino-funktionalisierten Poly-LacNAc Strukturen mit bis zu 10 Saccharid-Einheiten im präparativen Maßstab gezeigt werden. Insgesamt wurden im Rahmen dieser Arbeit bis zu 50 mg (50 micromol) pro Oligosaccharid für weitere Untersuchungen hergestellt. Im nächsten Schritt wurden verschiedene Methoden zur Immobilisierung der Poly-LacNAc Oligosaccharide in Mikrotiterplatten etabliert. So wurde ein acetylenfunktionalisierter Koppler, der zusätzlich eine geschützte Aminofunktion trug, mittels Klickreaktion an azidfunktionalisierte Oligosaccharide gekoppelt und an aminoreaktiven Oberflächen immobilisiert. Alternativ wurde zuerst Propargylamin immobilisiert und anschließend die Azidsaccharide daran geklickt. Für dieses System kamen kommerziell erhältliche Mikrotiterplatten und erstmals NCO-sP(EO-stat-PO)-Hydrogelschichten in der Mikrotiterplatte (Kooperation mit Dr. J. Groll, DWI am ITMC der RWTH Aachen) zum Einsatz. Zur funktionellen Analyse wurde entweder das Modell-Galektin His6CGL2, das humane Galektin His6Gal1, oder weiterhin kommerzielle Gal- oder GlcNAc-spezifische Lektine eingesetzt. Es zeigten sich qualitative Unterschiede zwischen den verschiedenen Oberflächen. Die Hydrogel-beschichteten und Saccharid-funktionalisierten Oberflächen lieferten überzeugende Ergebnisse im Vergleich zu den kommerziellen Referenzoberflächen. Weiterführend müssen die Beschichtungsprotokolle der Hydrogele jedoch verbessert werden. Das entwickelte Baukastensystem mit hoher Variabilität bietet einen neuartigen Ansatz, um gezielt Poly-LacNAc Strukturen zu immobilisieren. Auf dieser Arbeit basierend können multivalente Oberflächen durch Kombination der verschiedenen vorgestellten Methoden bearbeitet werden. Mit solchen multivalent funktionalisierten Hydrogelen würde man interaktive Biomaterialoberflächen erhalten, die spezifisch und molekular verstärkt Galektine sowie EZM Glykoproteine binden können. Damit könnte es beispielsweise möglich sein, die Adhäsion eines bestimmten Zelltyps an die Biomaterialoberfläche zu erzielen.

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