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Polymersom

künstliches Vesikel

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 bio-basierten Kunststoffen. Daher sind sie stabiler und weniger permeabel.

Die erste Entwicklung von Polymersomen gelang 1995[2] durch eine Gruppe um Jan van Hest und Bert Meijer[3] und unabhängig durch L. Zhang und A. Eisenberg.[4]

Eigenschaften

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Polymersome besitzen Radien zwischen 50 Nanometer und 5 Mikrometer.[5] 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,[6] Nanoreaktoren,[7] und künstliche Zellen.[8][9][10]

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 aufgenommenen Moleküls erreicht werden.[11] 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 die Immunogenität gemindert werden, was die biologische Halbwertszeit verlängert.[9][12]

Herstellung

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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.[13][14] Hierbei gibt es solche mit hydrophilem Kamm und hydrophoben Fortsätzen oder solche mit hydrophobem Kamm und hydrophilen Fortsätzen.[15] Durch Quervernetzung können transportable Pulver erzeugt werden.[5]

Bei einem Triblock-Copolymer wird meistens ein Hydrophober Mittelblock gewählt, flankiert von zwei hydrophilen Copolymeren, sodass sich eine Einzelschicht (engl. monolayer) ausbildet.[16] 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

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  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. Band 284, Nummer 5417, Mai 1999, S. 1143–1146, PMID 10325219.
  2. ↑ Simone Matoori, Jean-Christophe Leroux, Twenty-five years of polymersomes: lost in translation ?, Mater. Horiz., Band 7, 2020, S. 1297–1309, doi:10.1039/C9MH01669D.
  3. ↑ J. C. van Hest, D. A. Delnoye, M. W. Baars, M. H. van Genderen, E. W. Meijer, Science, Band 268, 1995, S. 1592–1595
  4. ↑ L. Zhang, A. Eisenberg, Science, Band 268, 1995, S. 1728–1731
  5. ↑ a b B. M. Discher, H. Bermudez, D. A. Hammer, D. E. Discher, Y.-Y. Won, F. S. Bates: Cross-linked polymersome membranes: Vesicles with broadly adjustable properties. In: Journal of Physical Chemistry B. 106(11), 2002, S. 2848–2854.
  6. ↑ 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. doi:10.1016/j.ejpb.2008.09.025. PMID 18977437. PMC 2702089 (freier Volltext).
  7. ↑ Corinne Nardin, Sandra Thoeni, Jörg Widmer, Mathias Winterhalter, Wolfgang Meier: Nanoreactors based on (polymerized) ABA-triblock copolymer vesicles. In: Chemical Communications (Cambridge). (15), 2000, S. 1433–1434.
  8. ↑ D. R. Arifin, A. F. Palmer: Polymersome encapsulated hemoglobin: a novel type of oxygen carrier. In: Biomacromolecules. Band 6, Nummer 4, Jul-Aug 2005, S. 2172–2181, doi:10.1021/bm0501454. PMID 16004460.
  9. ↑ 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, doi:10.1016/j.jconrel.2004.09.026. PMID 15588904.
  10. ↑ NASA Polymersome (Memento vom 30. April 2008 im Internet Archive). Abgerufen am 2. Oktober 2013.
  11. ↑ Ozana Onaca, Madhavan Nallani, Saskia Ihle, Alexander Schenk, Ulrich Schwaneberg: Functionalized nanocompartments (Synthosomes): limitations and prospective applications in industrial biotechnology. In: Biotechnology Journal. Band 1, Nr. 7–8, August 2006, S. 795–805, doi:10.1002/biot.200600050, PMID 16927262.
  12. ↑ 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, doi:10.1016/j.jconrel.2003.12.021. PMID 15063028.
  13. ↑ 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, doi:10.1016/j.ymeth.2008.05.006. PMID 18572025. PMC 2714227 (freier Volltext).
  14. ↑ Hongfeng Qi, Chongli Zhong: Density Functional Theory Studies on the Microphase Separation of Amphiphilic Comb Copolymers in a Selective Solvent. In: Journal of Physical Chemistry B. 112(35), 2008, S. 10841–10847.
  15. ↑ Zhuo Yi, Xuanbo Liu, Qing Jiao, Erqiang Chen, Yongming Chen, Fu Xi: Synthesis, characterization, and self-assembly of comb-dendronized amphiphilic block copolymers. In: Journal of Polymer Science, Part A: Polymer Chemistry. 46(12), 2008, S. 4205–4217.
  16. ↑ a b c C. Nardin, T. Hirt, J. Leukel, W. Meier: Polymerized ABA Triblock Copolymer Vesicles. In: Langmuir. 16, 3, 2000, S. 1035–1041.
  17. ↑ 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. doi:10.1021/bc700465v. PMID 18442283.
  18. ↑ 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, Mar-Apr 2005, S. 825–831. doi:10.1021/bm049421p. PMID 15762647.
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