Die Synthese von RGD-funktionalisierten Hydrogele als Werkzeug für therapeutische Anwendungen

Zusammenfassung

Wir präsentieren ein Protokoll für die Synthese von RGD-funktionalisierten Hydrogelen als Bauelemente für die Zell- und Wirkstoffabgabe. Das Verfahren beinhaltet eine kupferkatalysierte Alkinazid-Cycloaddition (CuAAC) zwischen alkinmodifizierter Polyacrylsäure (PAA) und einem RGD-Azid-Derivat. Die Hydrogele werden mittels mikrowellenunterstützter Polykondensation gebildet und ihre physikalisch-chemischen Eigenschaften untersucht.

Zusammenfassung

Die Verwendung von Polymeren als Biomaterialien hat bei therapeutischen Anwendungen erhebliche Vorteile gebracht. Insbesondere die Möglichkeit, Polymerketten mit Verbindungen zu modifizieren und zu funktionalisieren, die in der Lage sind, die Biokompatibilität, die mechanischen Eigenschaften oder die Zellviabilität zu verbessern, ermöglicht das Design neuartiger Materialien, um neuen Herausforderungen im biomedizinischen Bereich gerecht zu werden. Mit den Polymerfunktionalisierungsstrategien ist die Klickchemie ein leistungsstarkes Werkzeug, um die Zellkompatibilität und die Wirkstoffabgabeeigenschaften von polymeren Bauelementen zu verbessern. In ähnlicher Weise führt die grundlegende Notwendigkeit der Biomedizin, sterile Werkzeuge zu verwenden, um mögliche nachteilige Nebenwirkungen wie Toxizität oder Kontamination der biologischen Umgebung zu vermeiden, zu einem zunehmenden Interesse an der mikrowellengestützten Strategie.

Die Kombination aus Click-Chemie und der mikrowellenunterstützten Methode eignet sich zur Herstellung biokompatibler Hydrogele mit gewünschten Funktionalitäten und verbesserter Leistung in biomedizinischen Anwendungen. Ziel dieser Arbeit ist die Synthese von RGD-funktionalisierten Hydrogelen. RGD (Arginylglycylasparaginsäure) ist ein Tripeptid, das Zelladhäsionsproteine nachahmen und an Rezeptoren auf der Zelloberfläche binden kann, wodurch eine gastfreundliche Mikroumgebung für Zellen innerhalb des 3D-Polymernetzwerks der Hydrogele geschaffen wird. Die RGD-Funktionalisierung erfolgt durch Huisgen 1,3-dipolare Cycloaddition. Einige PAA-Carboxylgruppen sind mit einem Alkinanteil modifiziert, während RGD mit Azidosäure als terminalem Rest der Peptidsequenz funktionalisiert ist. Schließlich werden beide Produkte in einer kupferkatalysierten Klickreaktion eingesetzt, um das Peptid dauerhaft an PAA zu binden. Dieses modifizierte Polymer wird zusammen mit Carbomer, Agarose und Polyethylenglykol (PEG) verwendet, um eine Hydrogelmatrix zu synthetisieren. Die 3D-Struktur entsteht durch eine Veresterungsreaktion mit Carboxylgruppen aus PAA und Carbomer- und Hydroxylgruppen aus Agarose und PEG durch mikrowellenunterstützte Polykondensation. Die Effizienz des Gelierungsmechanismus sorgt für einen hohen Grad an RGD-Funktionalisierung. Darüber hinaus ist das Verfahren, therapeutische Wirkstoffe oder biologische Werkzeuge innerhalb dieses funktionalisierten Netzwerks zu laden, sehr einfach und reproduzierbar.

Einleitung

Hydrogele sind dreidimensionale Netzwerke durch hydrophile vernetzte Polymere gebildet werden, die natürlich oder synthetisch sind, und die durch eine ausgeprägte dreidimensionale Struktur aus. Diese Geräte sind zunehmend attraktiv in den biomedizinischen Bereichen Medikamentenabgabe, Tissue Engineering, Genträger und intelligente Sensoren ^1,2. Tatsächlich ihres hohen Wassergehaltes sowie ihre rheologischen und mechanischen Eigenschaften machen sie geeignete Kandidaten Weichgewebe Mikroumgebungen zu imitieren und sie wirksame Werkzeuge für wasserlösliche Zytokin oder Wachstumsfaktor-Lieferung. Einer der vielversprechendsten ist die Verwendung als injizierb....

Protokoll

Anmerkung: Die verwendeten Chemikalien sind wie empfangen. Linear RGD gekauft wird , aber es kann durch Standard - Fmoc - Festphasen - Peptidsynthese ^16,19 hergestellt werden. Lösungsmittel sind von analytischer Qualität. Die Dialyse erfordert die Verwendung von Membran mit einem M _w cut-off gleich 3.500 Da. Die synthetisierten Verbindungen werden durch ¹ H - NMR - Spektren wurden auf einem 400 MHz - Spektrometer unter Verwendung von Chloroform (CDCl ₃₎ oder Deuteriumoxid (D ₂ O) als Lösungsmittel, und die chemischen Verschiebungen sind angegeben als δ - Werte in ppm aufgezeichnet gekennzeichnet. Weiterhin sind H....

Ergebnisse

Die PAA Alkin - Derivat effizient aus Polyacrylsäure und Propargylamin synthetisiert, wie in Abbildung 1 gezeigt , wobei n die Monomere , deren Carboxyl - Gruppen reagieren mit dem Amin - Etiketten. Die Identität des Produkts wird durch ¹ H-NMR - Spektroskopie bestätigt. Abbildung 5 Die ¹ H-NMR - Spektrum von PAA zeigt mit Dreifachbindung modifiziert.

Diskussion

Die PAA-Postpolymerisationsmodifikation mit Alkinanteilen und die RGD-Funktionalisierung mit der Azidgruppe garantieren die Bildung einer stabilen Bindung zwischen dem Polymer und dem Peptid. In der Tat dient Triazol als starre Verbindungseinheit zwischen den Kohlenstoffatomen, die an die 1,4 Positionen des 1,2,3-Triazol-Rings gebunden ist, und es kann weder hydrolytisch noch auf andere Weise gespalten werden. Darüber hinaus ist Triazol im Gegensatz zu anderen zyklischen Strukturen wie Benzolenoiden und verwandten aromat.......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
Mittelwert der Poly(acrylsäure)-Lösung Mw ~100.000, 35 Gew.-% in H2	O Sigma Aldrich	523925	CAS 9003-01-4
Poly(ethylenglykol) 2.000	Sigma Aldrich	84797	CAS 25322-68-3
Carbomeer 974P	Fagron	1387083
Agarose	Invitrogen Corp.	16500-500	UltraPure Agarose
RGD Peptid	abcam	ab142698
4-Azidobutansäure	Aurum Pharmatech	Z-2421	CAS 54447-68-6
Oxalylchlorid	Sigma Aldrich	O8801	CAS 79-37-8
Propargylaminhydrochlorid 95%Sigma	Aldrich	P50919	CAS 15430-52-1
Kupfer(I)-iodid	Sigma Aldrich	3140	CAS 7681-65-4
Natriumascorbat	Sigma Aldrich	Y0000039	CAS 134-03-2
Phosphatgepufferte Kochsalzlösung	Sigma Aldrich	P4417
Dialysemembran	Spectrum Laboratories, Inc.	132725	Spectra/Por 3 Dialysemembran  Standard RC Tubing MWCO: 3,5 kD