Proteine an Grenzflächen

Bis vor wenigen Jahren war die Bildung eines Proteinfilms (bekannt als "Proteincorona") auf der Oberfläche von polymeren Materialien bekannt, aber nicht gut verstanden. Seitdem hat sich unser Institut zum Ziel gesetzt, ein tieferes Verständnis der Parameter zu erlangen, die die Bildung einer solchen Proteinschicht und ihre Wirkung im biologischen Medium steuern.

Parallel dazu erforschen wir auch Möglichkeiten, die Proteinadsorption - d. h. Anhaftung - zu reduzieren ("Stealth"-Effekt) oder vollständig zu unterdrücken ("Superamphiphobie"). Wenn sich die Proteinadsorption an einem Material nicht vermeiden lässt, finden wir Wege, die Eigenschaften der adsorbierten Proteine zu nutzen, um dem Material neue Eigenschaften zu verleihen.

Polymere Nanopartikel finden Anwendung in der biomedizinischen Therapie und Diagnostik. Wenn die Oberfläche des Nanopartikels nicht richtig behandelt wird, bildet sich bei der Injektion in den menschlichen Körper leicht eine Proteinkorona. Es ist also diese "Proteinkorona", die das polymere Nanopartikel umhüllt und somit die Wechselwirkungen zwischen dem Nanopartikel und der Zelle bestimmt. Die Zusammensetzung der Proteincorona kann so gestaltet werden, dass die Nanopartikel gezielt auf bestimmte Zellen ausgerichtet sind, so dass beispielsweise die im Nanopartikel verborgene Wirkstoffladung nur dort abgegeben wird, wo sie benötigt wird, und weniger Medikamente eingesetzt werden müssen.

Das Polymer Polyethylenglykol (PEG) ist aufgrund seiner Fähigkeit, die Proteinadsorption zu reduzieren, die bevorzugte Beschichtung von Nanopartikeln für biomedizinische Anwendungen, aber in den letzten Jahren wurde ein dramatischer Anstieg der durch dieses Polymer ausgelösten allergischen Reaktionen beobachtet. In unserem Institut arbeiten wir daran, diesem Problem mit zwei Strategien entgegenzutreten: einerseits die Menge an PEG, die für die Beschichtung der Oberfläche unter Beibehaltung der Nanopartikelleistung benötigt wird, zu reduzieren, andererseits nach alternativen biokompatiblen Polymeren mit ähnlichen proteinabweisenden Eigenschaften wie PEG zu suchen.

Unsere Arbeit zum Thema Proteine an Grenzflächen reicht also vom Design der molekularen Funktion über kontrollierte Strukturbildung bis hin zu funktionalen Systemen und ist abhängig vom Einsatz und der Entwicklung modernster Techniken.

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