Entwicklung neuer spezifischer Adsorbenzien auf Kohlehydrat Methacrylat Basis zur extrakorporalen Blutreinigung

Abstract

Die vorliegende Arbeit beinhaltet die Entwicklung neuer spezifischer Adsorbenzien auf Kohlenhydrat Methacrylat Basis zur extrakorporalen Blutreinigung. Als hydrophile Matrix wurde ein neuer Polymerträger auf Saccharose Basis entwickelt. Um die Morphologie solcher Harze während der wässrigen Suspensionspolymerisation steuern zu können, wurden geschützte (hydrophobe) Monomergemische durch Methacrylierung von 2,1´:4,6-Di-O-isopropylidensaccharose (Substitutionsgrad = 1.6-3.5) hergestellt und in wässriger Suspension unter Verwendung unterschiedlicher Porogene polymerisiert. Dadurch konnten nach Abspaltung der Schutzgruppen hydrophile sphärische Polymerpartikel unterschiedlicher Morphologie erhalten werden. Die Performance der auf Saccharose basierenden Polymerträger wurde mit alternativen hydrophilen Polymermatrices auf Glucose-Methacrylat, Polyvinylalkohol und Polyethylenglykol Basis sowie Mikropartikeln auf Kohlenhydrat Basis verglichen. Für die Immobilisierung von geeigneten Liganden auf den Polymerträgern wurden verschiedene Techniken zur Aktivierung von Hydroxylgruppen untersucht. Dies umfasste Epoxidierung, Bromcyan Aktivierung, NHS-Ester sowie die Einführung von Aminogruppen über Mitsunobu Reaktion bzw. reduktiver Aminierung nach Periodatoxidation von Zuckereinheiten. Aromatische Aminosäuren, ein Fibrinogen-bindendes Pentapeptid, verschiedene TNF-a bindende Peptide sowie Anti-TNF-a-Antikörper wurden an die aktivierten Matrices unterschiedlicher Morphologie immobilisiert. Die Peptide wurden entweder auf die Polymerträger gekoppelt oder direkt auf Saccharosemethacrylat Harzen gemäß der Fmoc/tBu-Strategie nach Silylierung restlicher Hydroxylgruppen synthetisiert. Die Adsorptionskapazität und Selektivität der erhaltenen Adsorbenzien wurde bezüglich der spezifischen Elimination von IgG, Fibrinogen und TNF-a untersucht, wobei der starkte Einfluss der Trägermorphologie und -chemie auf die Affinitätsperformance demonstriert werden konnte.

A variety of specific adsorbers based on carbohydrate methacrylates for the extracorporal purification of human blood has been developed. Acting as hydrophilic matrix, a novel sucrose based polymer support has been synthesized. In order to control the morphology of such resins during aqueous suspension polymerization, protected (hydrophobic) monomer mixtures have been prepared by esterification of 2,1´:4,6-di-O-isopropylidene sucrose (degree of substitution = 1.6-3.5). These have been polymerized in aqueous suspension using different porogens to yield hydrophilic spherical polymer beads of various morphology after subsequent removal of the protecting groups. The performance of sucrose based polymer resins have been compared with alternative hydrophilic polymer matrices based on glucose methacrylate, polyvinylalcohol, and poly(ethylene glycol), as well as carbohydrate-based microspheres. For the immobilization of appropriate ligands to the supports, different techniques for the activation of hydroxy groups have been investigated. These included epoxidation, cyanogen bromide activation, NHS-esters, the introduction of amino groups via the Mitsunobu reaction, and reductive amination after periodate oxidation of the carbohydrate moieties. Aromatic amino acids, a fibrinogen binding pentapeptide, several TNF-a-binding peptides, and anti-TNF-a-antibodies have been immobilized to activated matrices of different morphology. Peptide ligands have been either coupled to the polymer support or directly synthesized on sucrose-based resins according to the Fmoc/tBu strategy after silylation of remaining hydroxy groups. The adsorption capacity and selectivity of the resulting adsorbers have been studied for the specific elimination of IgG, fibrinogen, and TNF-a respectively. The strong impact of morphology and chemistry of the resins on the affinity performance has been demonstrated.