A03

Eine vielversprechende Strategie für die räumlich und zeitlich selektive Verabreichung von pharmazeutischen Wirkstoffen (API) ist der Einsatz von licht-responsiven nanoskaligen Wirkstoffträgern - ein Ansatz, der neben der Behandlung der Haut besonders vielversprechend ist, wenn es um die Wirkstofffreisetzung in Organen geht, die üblicherweise endoskopisch diagnostiziert und behandelt werden, z.B. Darm oder Blase. A03 adressiert dieses Ziel über das Design von Kern-Schale-Korona-Nanostrukturen, die in der Lage sind, auf Bestrahlung mit rotem/NIR-Licht in Kombination mit chemischer Aufkonversion durch Triplett-Triplett-Auslöschung und anschließender Quellung und Freisetzung zu reagieren.

In der ersten Förderperiode etablierten wir polymere Photosäuren auf der Basis polymerisierbarer Naphthole und konnten zeigen, dass die entsprechenden Blockcopolymere eine Selbstassemblierung zu photo-responsiven und wohldefinierten Kern-Korona-Mizellen erfahren. Weiterhin konnten wir zeigen, dass Photosäuren im Allgemeinen durch chemische Aufkonversion unter Verwendung von Hybrid-Nanopartikeln auf Basis von Seltenen Erden aktiviert werden können und dass Triplett-Triplett-Auslöschung in "reiner" weicher Materie erreicht werden kann, z.B. in Copolymeren, die edelmetallfreie Sensibilisator- und Annihilator-Anteile tragen.

In der zweiten Förderperiode werden wir verschiedene Blockcopolymer-Konzepte erforschen, um derartige Aufkonversion mit chemischer Reaktivität für die Verabreichung und den Transport von Medikamenten zu koppeln. Wir werden die Bestrahlungswellenlänge des Chromophors in Richtung des sichtbaren Lichts verschieben, indem wir Pyren-basierte Chromophore verwenden, und die Konzepte auf polymere Photobasen ausweiten - Materialien, die bei Bestrahlung mit Licht eine signifikante Zunahme der Basizität aufweisen. Darüber hinaus werden wir auf den neuartigen Polymeren, die in der ersten Förderperiode entwickelt wurden, aufbauen und die lichtvermittelte Bildung von Interpolyelektrolytkomplexen (IPECs) aus polymeren Photosäuren und Photobasen untersuchen. Solche Materialien sollen als lichtresponsive Nanostrukturen zur zeitgesteuerten Wirkstofffreisetzung ohne lokale Bestrahlung eingesetzt werden.

Darüber hinaus werden wir uns mit der Licht-/Dunkel-Zytotoxizität solcher Materialien in verschiedenen Umgebungen beschäftigen. In diesem Zusammenhang werden wir einen besonderen Schwerpunkt darauf legen, die nanopartikulären Wirkstoffträger nicht nur in künstlichen Körperflüssigkeiten zu untersuchen, sondern die im CRC verfügbare Technologie zu nutzen, um die polymeren Wirkstoffträger in Darm-on-a-Chip-Modellen zu untersuchen, die das Dickdarmgewebe nachahmen und gleichzeitig den Zugang der Probe zur optischen Spektroskopie und damit zu mechanistischen Spektroskopiestudien ermöglichen. Das allgemeine Konzept der lichtvermittelten Ladungserzeugung wird auch genutzt, um die zeitlich und räumlich kontrollierte Stimulation von Lipid-Doppelschichtmembranen durch die Aktivierung von Photosäure/Photobase-haltigen Amphiphilen nach der Einbettung zu untersuchen. Die Synthese von Polymeren/Amphiphilen und das Design von Nanopartikeln werden durch spektroskopisch-mechanistische Studien ergänzt, die den Mechanismus der lichtgesteuerten Reaktivität in den angestrebten Block-Copolymer-Nanostrukturen aufdecken.

Grafik Projekt A03 Grafik: Dietzek/Schacher