Polymersom

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Polymersome sind künstliche Vesikel, die in der Biochemie und Biotechnologie zur Einschlussimmobilisierung verwendet werden. Der Begriff wurde in Anlehnung an Liposomen geprägt.[1] Im Gegensatz zu Liposomen werden Polymersome aus amphiphilen Blockcopolymeren hergestellt und bestehen daher aus längerkettigen Polymeren wie Biokunststoffen. Daher sind sie stabiler und weniger permeabel.

Eigenschaften[Bearbeiten]

Polymersome besitzen Radien zwischen 50 Nanometer und 5 Mikrometer.[2] Meistens werden in Polymersome wässrige Lösungen eingeschlossen, um darin gelöste Bestandteile wie Proteine, DNA, RNA oder Small molecules vor einer Verstoffwechselung zu schützen. Einsatzgebiete sind z. B. Drug Targeting, Depotarzneiformen,[3] Nanoreaktoren,[4] und künstliche Zellen.[5][6][7]

Enthalten Polymersome Transportproteine wie z. B. Ionenkanäle, werden sie auch als Synthosome bezeichnet. Durch eine solche semipermeable Membran können Polymersome im Inneren selektiv Moleküle anreichern. Sind zuvor Enzyme in die Polymersome eingeschlossen worden, kann so eine gezielte Verstoffwechselung des selektiv aufgenommen Moleküls erreicht werden.[8] Durch Wahl geeigneter Zusätze in den Polymersomen können Eigenschaften wie Permeabilität und Stabilität und somit die Rate der Abgabe gezielt verändert werden. Ähnlich wie bei Liposomen kann durch eine Beschichtung der Polymersome mit Polyethylenglykol kann die Immunogenität gemindert werden, was die biologische Halbwertszeit verlängert.[6][9]

Herstellung[Bearbeiten]

Meistens werden lineare Polymere als Diblock- und Triblockcopolymere verwendet. Durch Verwendung von hydrophilen und Hydrophoben Copolymeren in abwechselnder Folge erhalten die Polymere amphiphile Eigenschaften. Kammartige Copolymere werden zur Erzeugung verzweigter Polymere verwendet.[10][11] Hierbei gibt es solche mit hydrophilem Kamm und hydrophoben Fortsätzen oder solche mit hydrophobem Kamm und hydrophilen Fortsätzen.[12] Durch Quervernetzung können transportable Pulver erzeugt werden.[2]

Bei einem Triblock-Copolymer wird meisten ein Hydrophober Mittelblock gewählt, flankiert von zwei hydrophilen Copolymeren, sodass sich eine Einzelschicht (engl. monolayer) ausbildet.[13] Die Herstellung der Polymersome aus den Polymeren erfolgt analog zu Liposomen.

Folgende Blöcke sind in den USA von der USFDA zugelassen:

Hydrophile Blöcke

Hydrophobe Blöcke

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. B. M. Discher, Y. Y. Won, D. S. Ege, J. C. Lee, F. S. Bates, D. E. Discher, D. A. Hammer: Polymersomes: tough vesicles made from diblock copolymers. In: Science (New York, N.Y.). Band 284, Nummer 5417, Mai 1999, S. 1143–1146, ISSN 0036-8075. PMID 10325219.
  2. a b Discher B M, Bermudez H, Hammer D A, Discher D E, Won Y-Y, Bates F S Journal of Physical Chemistry B (2002), 106(11), 2848-2854.
  3. D. A. Christian, S. Cai, D. M. Bowen, Y. Kim, J. D. Pajerowski, D. E. Discher: Polymersome carriers: from self-assembly to siRNA and protein therapeutics. In: European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics Band 71, Nummer 3, März 2009, S. 463–474, ISSN 1873-3441. doi:10.1016/j.ejpb.2008.09.025. PMID 18977437. PMC 2702089 (freier Volltext).
  4. Nardin, Corinne; Thoeni, Sandra; Widmer, Jorg; Winterhalter, Mathias; Meier, Wolfgang. Chemical Communications (Cambridge) (2000), (15), 1433-1434
  5. D. R. Arifin, A. F. Palmer: Polymersome encapsulated hemoglobin: a novel type of oxygen carrier. In: Biomacromolecules. Band 6, Nummer 4, 2005 Jul-Aug, S. 2172–2181, ISSN 1525-7797. doi:10.1021/bm0501454. PMID 16004460.
  6. a b F. Meng, G. H. Engbers, J. Feijen: Biodegradable polymersomes as a basis for artificial cells: encapsulation, release and targeting. In: Journal of Controlled Release. Band 101, Nummer 1–3, Januar 2005, S. 187–198, ISSN 0168-3659. doi:10.1016/j.jconrel.2004.09.026. PMID 15588904.
  7. NASA Polymersome. Abgerufen am 2. Oktober 2013.
  8. Ozana Onaca, Madhavan Nallani, Saskia Ihle, Alexander Schenk, Ulrich Schwaneberg: Functionalized nanocompartments (Synthosomes): limitations and prospective applications in industrial biotechnology. In: Biotechnology Journal. 1, Nr. 7–8, 2006, S. 795–805. doi:10.1002/biot.200600050. PMID 16927262.
  9. a b c d F. Ahmed, D. E. Discher: Self-porating polymersomes of PEG-PLA and PEG-PCL: hydrolysis-triggered controlled release vesicles. In: Journal of controlled release : official journal of the Controlled Release Society. Band 96, Nummer 1, April 2004, S. 37–53, ISSN 0168-3659. doi:10.1016/j.jconrel.2003.12.021. PMID 15063028.
  10. D. H. Levine, P. P. Ghoroghchian, J. Freudenberg, G. Zhang, M. J. Therien, M. I. Greene, D. A. Hammer, R. Murali: Polymersomes: a new multi-functional tool for cancer diagnosis and therapy. In: Methods (San Diego, Calif.). Band 46, Nummer 1, September 2008, S. 25–32, ISSN 1095-9130. doi:10.1016/j.ymeth.2008.05.006. PMID 18572025. PMC 2714227 (freier Volltext).
  11. Qi, Hongfeng; Zhong, Chongli. Journal of Physical Chemistry B (2008), 112(35), 10841-10847.
  12. Yi, Zhuo; Liu, Xuanbo; Jiao, Qing; Chen, Erqiang; Chen, Yongming; Xi, Fu. Journal of Polymer Science, Part A: Polymer Chemistry (2008), '46'(12), 4205-4217
  13. a b c Nardin, C; Hirt, T; Leukel, J; Meier, W Langmuir, 16, 1035-1041.
  14. a b c S. Rameez, H. Alosta, A. F. Palmer: Biocompatible and biodegradable polymersome encapsulated hemoglobin: a potential oxygen carrier. In: Bioconjugate chemistry. Band 19, Nummer 5, Mai 2008, S. 1025–1032, ISSN 1520-4812. doi:10.1021/bc700465v. PMID 18442283.
  15. L. Ayres, P. H. Adams, D. W. Löwik, J. C. van Hest: Beta-sheet side chain polymers synthesized by atom-transfer radical polymerization. In: Biomacromolecules. Band 6, Nummer 2, 2005 Mar-Apr, S. 825–831, ISSN 1525-7797. doi:10.1021/bm049421p. PMID 15762647.