Forschungsbereich

Biomaterialien

Funktionalisierte Glycosaminoglycane

Gycosaminoglycane (GAG) sind lineare, komplexe Polysaccharide aus sich wiederholenden Disaccharideinheiten. Sie bilden einen Hauptbestandteil der extrazellulären Matrix, kommen im Bindegewebe und Knorpel vor und fungieren als Wasserspeicher im Glaskörper des Auges (Hyaluronsäure). Sulfatierte GAG wie Chondroitinsulfat oder Heparin zeichnen sich zudem durch eine hohe biologische Aktivität (z. B. antiviral, antikoagulierend) aus und gehen vielfältige Wechselwirkungen mit bestimmten Mediatoren (z. B. Wachstumsfaktoren) ein, wobei die entsprechende Aktivität stark vom Substitutionsgrad bzw. -muster abhängt.

 

Wir beschäftigen uns seit Jahren mit der Derivatisierung von GAG, um so ihre chemisch-physikalischen und vor allem biomedizinischen Eigenschaften gezielt zu modifizieren. Ein Schwerpunkt unserer Arbeiten liegt dabei auf der regioselektiven Sulfatierung, insbesondere von Hyaluronsäure, dem einzigen nicht-sulfatierten natürlichen GAG. Es ist uns gelungen, Syntheseverfahren zur Herstellung sulfatierter Hyaluronsäurederivate zu etablieren, bei dem in Abhängigkeit von den Reaktionsbedingungen Produkte mit gezielt einstellbaren Sulfatierungsgraden sowie unterschiedlichen Sulfatierungsmustern erhalten werden. Die erhaltenen Hyaluronsäuresulfate sind nicht toxisch, wirken antikoagulierend und zeigen eine hohe antivirale Aktivität gegen Herpes Simplex Virus Typ I.

Ein entscheidender Faktor für die physikalischen aber auch biologischen Eigenschaften der GAG ist ihre Kettenlänge. In unserer Arbeitsgruppe führen wir erfolgreich verschiedene Methoden zum selektiven Abbau (thermisch, enzymatisch, Ozonolyse) hochmolekularer GAG durch und gelangen zu kürzerkettigen bzw. oligomeren Abbauprodukten mit definierten Molekulargewichten und einer engen Molekulargewichtsverteilung.
Weitere GAG-Funktionalisierungen betreffen die Einführung von Carboxymethyl- bzw. Aminogruppen in die GAG-Strukturen sowie die Anbindung von Markermolekülen (Biotin, Fluoreszenzmarker) sowohl an funktionellen Gruppen innerhalb des Polymergerüstes als auch an den Polymerendgruppen. Durch Einführung vernetzender Gruppierungen sind wir auch in der Lage, GAG-Hydrogele bereit zu stellen.

Eingehende Untersuchungen zu den zellbiologischen Eigenschaften funktionalisierter GAG wie z. B. eine selektive und effiziente Wechselwirkung mit Wachstumsfaktoren und Interleukinen erfolgen derzeit vor allem im Rahmen des von der DFG geförderten Sonderforschungsbereiches Transregio 67, bei dem wir mit 2 Teilprojekten beteiligt sind.


Dr. Stephanie Möller
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