Multifunctional poly(organosiloxane) nanoparticles as a model system for biomedical applications

摘要

Polymere Nanomaterialien finden bereits ein sehr breites Anwendungsspektrum in der Biomedizin, speziell in Bereichen des Wirkstofftransports und der Krebsforschung. Dennoch ist die Synthese geeigneter Modellsysteme für ein besseres Verständnis der Wechselwirkungen von Nanopartikeln mit biologischen Systemen notwendig. Diese Studie berichtet über die Synthese und Charakterisierung multifunktioneller, fluoreszenzmarkierter Poly(organosiloxan)-Kern-Schale-Nanopartikel mit veränderbaren Oberflächeneigenschaften.Die Kern-Schale-Architektur erlaubt eine unabhängige Funktionalisierung unterschiedlicher Partikelkompartimente. So wurde der Kern der Partikel während der Polykondensation mit RhodaminB-Monomer markiert. Durch Einführung geladener Gruppen in der Partikelschale wurden elektrostatisch stabilisierte Partikel erhalten. Alternativ führt das Aufpfropfen von Polymeren (thermoresponsives Poly(2-isopropyl-2- oxazolin) oder Poly(ethylenglykol)) auf die Oberfläche zu sterisch stabilisierten, biokompatiblen Nanopartikeln. Schließlich wurde Biotin an die Partikeloberfläche gekuppelt, um die Immobilisierung weiterer Liganden wie Antikörper oder Enzyme auf der Partikeloberfläche zu ermöglichen.Die Nanopartikel wurden mittels Elektronenmikroskopie, winkelabhängiger dynamischer Lichtstreuung (DLS), asymmetrischer Fluss Feld-Fluss Fraktionierung (AF-FFF) und ζ-Potential-Messungen charakterisiert. Die spektroskopischen Eigenschaften wurden mit der Fluoreszenzspektroskopie untersucht, einschließlich der Bestimmung der absoluten Fluoreszenzquantenausbeuten.Auf Grund ihrer modularen Struktur und Vielfalt an möglichen Funktionalisierungen eignet sich das Poly(organosiloxan)-System für diverse biomedizinische Anwendungen, wie z.B. Abbildungsmethoden, spezifisches Targeting und Wirkstofftransport. Die zelluläre Aufnahme der Nanopartikel in vivo wird oft durch die Bildung einer Proteinkorona beeinflusst, deshalb wurde weiterhin das Verhalten unterschiedlich funktionalisierter Partikel unter physiologischen Bedingungen und in Anwesenheit von Serumproteinen mittels DLS und AF-FFF untersucht.Neben der Synthese und physikochemischen Charakterisierung wurden auch Zellaufnahmeexperimente durchgeführt, in denen die Wechselwirkung der Nanopartikel mit Lungengewebemodellen erforscht wurde. Diese Versuche zeigen Unterschiede in der zellulären Aufnahme der elektrostatisch und der sterisch stabilisierten Partikel.