Oligo(ethylenglycol)acrylat Mikrogele zur Herstellung neuer Biomaterialien

Melle, Andrea; Pich, Andrij; Fabry, Marlies

doi:urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2017-012677

Oligo(ethylenglycol)acrylat Mikrogele zur Herstellung neuer Biomaterialien = Oligo(ethylene glycol)acrylate microgels as building blocks for new biomaterials

Melle, Andrea

2017

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von M.Sc. Chemie Andrea Karola Melle, geb. Götz

ImpressumAachen 2017

Umfang1 Online-Ressource (II, 141 Seiten) : Illustrationen, Diagramme

Dissertation, RWTH Aachen University, 2017

Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Pich, Andrij (Thesis advisor)^RWTH* ; Fabry, Marlies (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2017-01-20

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-rwth-2017-012677
DOI: 10.18154/RWTH-2017-01267
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/683383/files/683383.pdf
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/683383/files/683383.pdf?subformat=pdfa

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Mikrogele (frei) ; Biokompatibilität (frei) ; Biomaterial (frei) ; Oligo(ethylenglycol)acrylate (frei) ; microgels (frei) ; biocompatibility (frei) ; biomaterial (frei) ; oligo(ethylene glycol)acrylates (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 540

Kurzfassung
Die Forschung an kolloidalen, wässrigen Mikrogelen gewann aufgrund ihrer vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten z.B. als schaltbares Wirkstofffreisetzungssystem oder als proteinabweisendes Beschichtungsmaterial in den letzten Jahrzehnten zunehmend an Bedeutung. Als klassische temperatursensitive Monomere werden N-Isopropylacrylamid (NIPAAm) und N-Vinylcaprolactam (VCL) verwendet. Da sich NIPAAm für biomedizinische Anwendungen wegen seiner Toxizität als weniger geeignet erwiesen hat, wird besonders für dieses Anwendungsgebiet nach neuen Alternativen gesucht. Monomere mit kurzen Oligo(ethylenglycol)-Seitenketten gelangen dabei aufgrund ihrer Temperatursensitivität und hohen Biokompatibilität immer mehr in den Fokus. Daher ist Ziel dieser Arbeit neue Mikrogele aus Oligo(ethylenglycol)acrylaten (OEGAs) zu synthetisieren, charakterisieren, deren biomedizinische Eigenschaften zu untersuchen und mit ihnen neue Materialien herzustellen. Der erste Teil der Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese und Charakterisierung verschiedener Oligo(ethylenglycol)acrylat (OEGA) Mikrogele. Dabei liegt der Fokus auf den OEGAs 2-Methoxyethylacrylat (MEA), Di(ethylenglykol)ethyletheracrylat (DEGA) und Tri(ethylenglykol)ethyletheracrylat (TEGA). Zunächst wird die Homopolymerisation der OEGAs zu POEGA Mikrogelen untersucht, anschließend die Copolymerisation der OEGAs mit N-Vinylcaprolactam (VCL) in einer Ein- und Zweischrittsynthese. Des Weiteren werden zusätzliche funktionelle Gruppen wie Acrylsäure (AA) und Glycidylmethacrylat (GMA) in die PVCL/OEGA Mikrogele eingebaut, die zu Postmodifikationsreaktionen genutzt werden können. Für alle Reaktionssysteme wird der Einfluss des Comonomergehaltes auf die Mikrogeleigenschaften wie Partikelgrößenverteilung, hydrodynamischer Radius, Temperaturschaltbarkeit und Mikrogelmorphologie untersucht. Der zweite Teil der Arbeit beschäftigt sich mit den biomedizinischen Eigenschaften der PVCL/OEGA Mikrogele. Hier wird zunächst auf die Hämokompatibilität der PVCL/OEGA Mikrogele eingegangen, die eine wichtige Grundvoraussetzung für biomedizinische Anwendungen darstellt. Des Weiteren wird die Internalisierung von PVCL/MEA Mikrogelen durch unspezifische Wechselwirkung in HeLa-Zellen bestätigt und keine Zytotoxizität der PVCL/MEA Mikrogele gegenüber HeLa-Zellen nachgewiesen, was sie für den Einsatz als potentielles Trägermaterial in der Krebstherapie interessant macht. Im letzten Teil der Arbeit wird auf die filmbildenden Eigenschaften der PVCL/OEGA Mikrogele eingegangen. Die Proteinabweisung dieser homogenen Mikrogelfilme wird qualitativ und quantitativ nachgewiesen, weshalb die PVCL/OEGA Mikrogele als Beschichtungsmaterial für Implantate oder Katheter eingesetzt werden könnten. Auch Interaktionen der Mikrogelfilme mit Fibroblasten führen zu keinem Zelltod, was wiederum die hohe Biokompatibilität der PVCL/OEGA Mikrogele bestätigt.

In the last decades investigation on colloidal aqueous microgels has awaken the interest of many research groups due to their manifold application possibilities e.g. in the biomedical field as triggered drug release system or as protein repellent coating material. The most well-known monomers used for the synthesis of temperature-responsive microgels are N-isopropylacrylamide (NIPAAm) or N-vinylcaprolactam (VCL). However, considering the toxicity of PNIPAAm, alternative monomers with similar, but biomedical friendly properties should be selected. An interesting group of monomers which fulfill all the requirements are oligo(ethylene glycol)acrylates (OEGAs) since they are temperature-sensitive and highly biocompatible. Accordingly, the aim of this thesis is to synthesize and characterize new OEGA based microgels, to investigate the biomedical properties of these microgels and to fabricate new materials out of them.The first part of the thesis focuses on the synthesis and characterization of different oligo(ethylene glycol)acrylate (OEGA) microgels by using the following OEGAs: 2-methoxy ethyl acrylate (MEA), di(ethylene glycol)ethyl ether acrylate (DEGA) and tri(ethylene glycol)ethyl ether acrylate (TEGA). The homopolymerization of the OEGAs to POEGA microgels is investigated in the first step followed by the copolymerization of the OEGAs with VCL in a one-step and two-step synthesis, respectively. Moreover, post-modification of these microgels is achieved by incorporation of functional groups like acrylic acid (AA) or glycidyl methacrylate (GMA). For all systems the influence of the comonomer content on the microgel properties like particle size distribution, hydrodynamic radius, temperature sensitivity and microgel morphology is investigated. The second part of the thesis is based on the investigation of biomedical properties of the PVCL/OEGA microgels. Therefore the hemocompatibility of the PVCL/OEGA microgels is studied in the first place due to its importance for biomedical applications. Then the internalization of PVCL/MEA microgels into HeLa-cells via unspecific interactions is confirmed and no cytotoxicity of the PVCL/MEA microgels towards HeLa-cells can be observed. This property makes these microgels reliable as drug carrier system for cancer therapy. The last part of the thesis contains the investigation of the film-forming properties of the PVCL/OEGA microgels. The protein repellence of the homogenous microgel films is proved qualitatively and quantitatively why the PVCL/OEGA microgels could be used as coating materials for implants and catheters. Also the cytotoxicity of the microgel films towards fibroblasts is proved to be negative which again confirms the biocompatibility of the PVCL/OEGA microgels.

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