Hydroxyethylstärke-Hydroxyethylmethacrylat-Hydrogele als Freisetzungssystem für Proteine

Schwoerer, Ariane Dorothea Annette

Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung und Charakterisierung von Hydroxyethylstärke-Hydroxyethylmethacrylat-Hydrogele (HES-HEMA) als Freisetzungssystem für Proteine. Aufgrund der besonderen Eigenschaften von Proteinen, stellt deren Anwendung in der Medizin immer noch eine Herausforderung dar. So weisen die meisten Proteine eine geringe Stabilität, kurze Halbwertszeiten und große Molekülgrößen auf. Über ein wässriges Phasenseparationsverfahren wurden Hydrogelmikrosphären mit verschiedenen, eingeschlossenen Testsubstanzen hergestellt und auf ihre Morphologie, Quellungseigenschaften, Einschlusseffektivität und Freisetzung untersucht. Das Freisetzungsverhalten lässt sich über verschiedene Faktoren wie Netzwerkdichte, Molekülgröße der eingeschlossenen Substanz, sowie der Wahl des Akzeptormediums steuern. Wählt man bei der Herstellung der Hydrogele HES-HEMA-Polymere mit hohem Substitutionsgrad (DS) so erhält man Hydrogele mit hoher Netzwerkdichte und stark retardierter Freisetzung. Neben diesen Erkenntnissen wurde die Magnetrelaxometrie als Charakterisierungsmethode für Hydrogele weiterentwickelt. Über die veränderte Beweglichkeit von eingeschlossenen magnetischen Nanopartikeln lässt sich der Abbau des Hydrogels in Abhängigkeit von der Netzwerkdichte beobachten und beschreiben. Um die biologische Aktivität nach der Freisetzung aus dem Hydrogel nachweisen zu können, wurden fluoreszenzmarkierte Antikörper eingesetzt. Dadurch sollte im Vergleich von Fluoreszenzmessungen und Antikörperbindungsaktivität (ELISA) ein Rückschluss auf das Verhältnis von freigesetzten, strukturell veränderten zu funktionalen Antikörpern gezogen werden können. Nach Anpassung der Rezeptur konnte eine Wiederfindungsrate von funktionsfähigem Antikörper von ca. 80 % im Freisetzungsversuch erreicht werden. Demnach ist eine Anwendung der nach dieser Methode hergestellten Hydrogele als Freisetzungssystem für Proteine vielversprechend.

The aim of this work was the development and characterisation of Hydroxyethylstarch-Hydroxyethylmethacrylate hydrogels (HES-HEMA) as Drug Delivery System (DDS) for proteins. The clinical application of those proteins is still challenging, because of their unique properties, such as low stability, short circulation half-life and large molecular size. Therefore a successful application of proteins as active ingredients requires an efficient delivery system, which allows gentle entrapment into the DDS and controlled release of physiological amounts of proteins. Hydrogel microspheres were produced by a radical polymerisation of HES-HEMA in an all aqueous two phase system (ATPS) using different encapsulated substances. The Hydrogels were characterised regarding their morphology, swelling properties, encapsulation efficiency and release characteristics. The release properties can be steered by the choice of the network density, the molecular size of the entrapped substance as well as the type of acceptor media. The polymerisation of HES-HEMA-polymers with a high degree of substitution (DS) leads to hydrogels with a high network density and a retarded release. Furthermore a magnetorelaxometry method for the characterisation of network properties was advanced. Due to a changing mobility of magnetic nano particles, the degradation of hydrogels with different network density can be monitored. To analyse the biological activity of proteins after release, fluorescence labelled antibodies where entrapped. After optimisation of the hydrogel formulation a release of 80 % functional antibody was reached. Hence the use of this technique to produce hydrogels as DDS is promising.

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Schwoerer, Ariane Dorothea Annette: Hydroxyethylstärke-Hydroxyethylmethacrylat-Hydrogele als Freisetzungssystem für Proteine. 2010.

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