Dokument: Synthese von Leucin-basierten Peptid-Präzisionsmakromolekül-Konjugaten und ihr strukturabhängiges Aggregationsverhalten
| Titel: | Synthese von Leucin-basierten Peptid-Präzisionsmakromolekül-Konjugaten und ihr strukturabhängiges Aggregationsverhalten | |||||||
| Weiterer Titel: | Synthesis of leucine-based peptide-precision-macromolecule-conjugates and their structure-dependent aggregation behavior | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=58829 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20220218-080917-4 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Itskalov, Dana [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. Hartmann, Laura [Gutachter] Prof. Dr. Müller, Thomas J. J. [Gutachter] | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik » 540 Chemie | |||||||
| Beschreibungen: | Peptide gehören zu einer wichtigen Klasse von Biopolymeren. Sie sind hoch-definierte multifunktionale Moleküle, die wichtige Prozesse im Stoffwechsel von Lebewesen erfüllen. Ihre Funktion beruht dabei maßgeblich auf der Fähigkeit komplexe überdimensionale Strukturen auszubilden. Aufgrund dieser Eigenschaft werden Peptide erfolgreich für verschiedene Anwendungen in der Biomedizin oder Biotechnologie eingesetzt.
Ziel dieser Arbeit ist es erstmalig Hybrid-Strukturen, s.g. Peptid-Polymer-Konjugaten, bestehend aus monodispersen und sequenzdefinierten Peptid- und Polymer-Struktureinheiten. Dadurch können gezielt strukturelle Variationen erzeugt werden, die auf ihren Effekt zur Aggregation hin untersucht werden. Als Polymer-Gerüst kommen hier die zuvor von Hartmann et al. entwickelten Oligo(amidoamine) zum Einsatz. Diese lassen sich, analog zur synthetischen Erzeugung von Peptiden, mittels der von Merrifield entwickelten Festphasensynthese herstellen und bieten somit einfachen Zugang zu sequenzdefinierten Peptid-Polymer-Konjugaten. Zu diesem Zweck wurden Peptid-Präzisionsmakromolekül-Konjugate (PPMKs) hergestellt, die Oligoleucin-Ketten als funktionale Peptideinheit trugen und sich in Architektur, Valenz und Peptid-Kettenlänge unterschieden. Analysen mit FTIR und CD-Spektroskopie zeigten, dass sich das divalente und trivalente Pentaleucin-Pfropf-co-PPMK über Selbstassemblierung zu β-Faltblatt-Strukturen anordnete. Denaturierungsstudien mit dem chaotropen Salz Guanidinhydrochlorid (GdnHCl) und Studien zur kritischen Aggregationskonzentration (KAK) mit Thioflavin T (ThT) bestätigten die Formation dieser Konjugate zu stabilen Aggregaten. Weiterhin wurde anhand der gewonnenen Informationen zum Aggregationsverhalten unterschiedliche Präparationsmethoden zur gezielten Erzeugung von Makrogelen oder Nanopartikeln untersucht. Aufgrund der stark ausgeprägten Hydrophobie der Strukturen eignen sie sich für den Einsatz als niedermolekulare Gelatoren. Hierzu wurden in DMSO gequollene Organogele hergestellt, die zum einen aus den reinen Dimer- oder Trimer-PPMKs bestanden, oder aus Mischkonjugatsystemen, bei dem das Dimer bzw. Trimer in einem bestimmten Verhältnis mit dem freien Pentaleucin bzw. PEG-Pentaleucin vermischt wurde. Messungen am Rheometer ergaben hohe Speichermodule für die Monokonjugatsysteme. Die Verwendung von Multikomponentensystemen, insbesondere die Zugabe des reinen Pentaleucins, führte zum Bruch intermolekularer Bindungen zwischen den Konjugaten, sodass sich die Viskosität der Gele erhöhte. Nanopartikel wurden mittels der Solvent-Switch-Methode hergestellt. Die DLS-Messungen zeigten eine konzentrationsabhängige Abnahme der Partikelgröße für das Dimer und Trimer. Interessanterweise konnte festgestellt werden, dass das Verwenden von Multikonjugatsystemen, insbesondere die Kombination mit dem freien Pentaleucin, die Wechselwirkungen zwischen den Pfropf-co-PPMK-Molekülen unterbrach. Unabhängig von dem Mischungsverhältnis konnten deutlich kleinere Partikelgröße von etwa 30 nm erreicht werden. Schließlich zeigten Toxizitätsstudien sowohl der Mono- als auch der Multikomponentensysteme an Brust(krebs)zellen keine zytotoxische Wirkung. Demnach eignen sich diese Materialien für zukünftige Anwendungen im biomedizinischen Bereich.Peptides belong to an important class of biopolymers. They are highly defined multifunctional molecules that perform important processes in the metabolism of living organisms. Their function is largely based on their ability to form complex overdimensional structures. Due to this property, peptides are successfully used for various applications in biomedicine or biotechnology. The aim of this work is to create hybrid structures, so-called peptide-polymer conjugates, consisting of monodisperse and sequence-defined peptide and polymer structural units. Thus, structural variations can be generated in a targeted manner, which are investigated for their effect on aggregation. The polymer scaffolds used here are the oligo(amidoamines) previously developed by Hartmann et al. These can be prepared, analogously to the synthesis of peptides, using the solid-phase synthesis developed by Merrifield, thus providing easy access to sequence-defined peptide-polymer conjugates. To this end, peptide-precision macromolecule conjugates (PPMCs) were prepared that carried oligoleucine chains as peptide unit and differed in architecture, valence, and peptide chain length. Analyses by FTIR and CD spectroscopy showed that the divalent and trivalent pentaleucine-graft-co-PPMCs arranged into β-sheet structures via self-assembly. Denaturation studies with the chaotropic salt guanidine hydrochloride (GdnHCl) and critical aggregation concentration (CAC) studies with thioflavin T (ThT) confirmed the formation of these conjugates into stable aggregates. Furthermore, the information obtained on the aggregation behavior was used to investigate different preparation methods for the targeted generation of macrogels or nanoparticles. Due to the strong hydrophobicity of the structures, they are suitable for use as low molecular weight gelators. For this purpose, organogels swollen in DMSO were prepared, consisting of the pure dimer or trimer PPMCs, or of mixed conjugate systems, in which the dimer or trimer was mixed with the free pentaleucine or PEG-pentaleucine in a specific ratio. Measurements on the rheometer showed high storage moduli for the monoconjugate systems. The use of multicomponent systems, especially the addition of the pure pentaleucine, led to the breakage of intermolecular bonds between the conjugates, so that the viscosity of the gels increased. Nanoparticles were prepared by the solvent-switch method. DLS measurements showed a concentration-dependent decrease in particle size for the dimer and trimer. Interestingly, it was found that using multiconjugate systems, especially the combination with the free pentaleucine, disrupted the interactions between the graft-co-PPMC molecules. Regardless of the mixing ratio, significantly smaller particle sizes of about 30 nm could be achieved. Finally, toxicity studies of both the mono- and multicomponent systems on breast (cancer) cells showed no cytotoxic effect. Accordingly, these materials are suitable for biomedical applications. | |||||||
| Lizenz: |  Urheberrechtsschutz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Mathematisch- Naturwissenschaftliche Fakultät | |||||||
| Dokument erstellt am: | 18.02.2022 | |||||||
| Dateien geändert am: | 18.02.2022 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 31.08.2021 | |||||||
| Datum der Promotion: | 08.12.2021 |
