Schaltbare biohybrid Mikrogele

Hydrogel-partikel mit Dimensionen im Submikrometer- und Nanometerbereich, Mikrogele genannt, sind eine raschwachsende Klasse von biokompatiblen Materialen mit zahlreichen Anwendungsmöglichkeiten im pharmazeutischen und medizinischen Bereich. Im vorliegenden Projekt wird einer neuer Typ von Mikrogelen, sogenannte Biohybrid-Mikrogele, vorgestellt, die neben einem synthetischen polymeren Gerüst biologisch inspirierte Protein-domänen beinhalten. Durch deren strukturbildende Spezifizität eröffnen diese biologischen Domänen enorme Möglichkeiten zur Selbstorganisation von synthetischen Polymeren und in diesem Projekt soll das sogenannte "Coiled-coil"-Motiv, eine super-helikale Anordnung von zwei oder mehreren Peptidenhelices, verwendet werden. Die Zielsetzung dieser Arbeit ist es die Nutzbarkeit dieses Motives als nicht-kovalenten Netzwerkbildner in Mikrogelen zu untersuchen. Darüberhinaus sollen mithilfe der "Coiled-coil"-domänen stimuli- sensitive Volumensänderungen oder Phasenübergänge der Mikrogelpartikel erzielt werden. Das zugrundeliegende Prinzip hierfür ist das reversible pH- und temperature-sensitive Faltungs-/ Entfaltungsverhalten des "Coiled-Coil"- Motives. Ein zentraler Punkt des Projektes ist die Entwicklung inverser, partikelbildender Emulsionspolymerisationsprozesse, welche die direkte Copolymerisation von polymerisierbaren, synthetischen "Coiled-coil"-Peptiden und einem biokompatiblen hydrophilen Monomer zur Herstellung der Biohybrid-Mikrogele in einer einstufigen Reaktion erlauben. Dieser Ansatz stellt einen ma geblichen Vorteil des vorgeschlagenen Projektes, gegenüber bestehenden Prozessen dar die oft nachträgliche Modifikationsschritte des Polymergerüsts zur Einbringung von biologischen Elementen, benötigen. In der letzten Phase des vorliegenden Projektes sollen Untersuchungen zur Schaltbarkeit und zur Einsetzbarkeit der neuartigen Nanopartikel für die therapeutische Verabreichung von Proteinwirkstoffen durchgeführt werden. Dabei werden Methoden zur Aufnahme eines Modellproteins BSA und des therapeutisch relevanten Peptids Insulin ins Innere der Mikrogele entwickelt und anschließend die Freisetzung dieser Moleküle unter physioglogisch relevanten Bedingungen und pH-/ Temperaturänderungen an die Umgebung getestet werden. Die Neuheiten des vorliegenden Projekts sind die erstmalige Verwendung von Proteinfaltmotiven zur Herstellung von schaltbaren Mikrogelen und die direkte Herstellung dieser Mikrogele mittels inverser heterogener Polymerisation von modifizierten "Coiled-coil"-Peptiden. Durch die Einsatzmöglichkeit der resultierenden Partikel als Träger zur Wirkstoffverabreichung ist das Projekt praxisnah. Die Ergebnisse des Projektes sollen zur Entwicklung und Verbesserung der wissenschaftlichen Landschaft im Bereich der bioinspirierten/Biohybrid-Materialen in Österreich dienen.