Weinheim (18.09.2005). Die Nachfrage nach Biomaterialien steigt. Benötigt werden diese Materialien als Stoff für Implantate und Prothesen, als "Transporter" für Pharmaka, um DNA für eine Gentherapie in Zellen einzuschleusen, als Träger für die Züchtung von Gewebetransplantaten oder für die moderne Diagnostik. Forscher um Prof. Zhibin Guan von der University of California in Irvine/USA haben nun eine neue Klasse von Biomaterialien synthetisiert, die aus Zucker- und Peptidbausteinen besteht.

Gegenüber natürlichen Polymeren haben synthetische Polymere eine Reihe von Vorteilen: Sie sind sehr vielseitig und ihre Zusammensetzung, Struktur und Eigenschaften lassen sich gut kontrollieren. Oft können sie sogar ganz gezielt auf die jeweilige Anwendung zugeschneidert werden. Gleichzeitig sollen diese Polymere aber unbedingt biokompatibel, bioabbaubar und physiologisch verträglich sein. Ein Weg, um dies zu erreichen, besteht darin, die künstlichen Biomaterialien aus natürlichen Bausteinen zusammenzusetzen. Ein bekanntes Beispiel ist die Polymilchsäure. Eine Reihe von Biomaterialien, die nach diesem Prinzip hergestellt wurden, wird bereits in bestimmten klinischen Anwendungen eingesetzt. Nachteil war bisher die begrenzte Variabilität der strukturellen und funktionellen Eigenschaften dieses Materialtyps.

Prof. Zhibin Guan, University of California, Irvine (USA)
(Foto: University of Calicornia)

Das Forscherteam um Prof. Zhibin Guan setzt nun auf eine Mischung verschiedener Bausteine und synthetisierte Kettenmoleküle aus natürlichen Zuckern und Peptiden. "Zucker und Peptide sind einfach aufgebaute Monomere, die häufig in der Natur vorkommen und nicht erst aufwändig hergestellt werden müssen," erläutert Guan. "Das Neue an unserem Ansatz ist aber, dass wir diese Bausteine abwechselnd in ein und der selben Hauptkette aneinanderreihen." Dieser modulare Aufbau bringt die angestrebte Vielseitigkeit mit sich: Über die Art der Einzelbausteine und ihre konkrete Anordnung können gewünschte Eigenschaften sehr präzise justiert werden.

Eine erste Serie von Biomaterialien aus Milchzucker (Galactose) und kurzen Peptiden aus der Aminosäure Lysin könnte sich als Gen-Transporter eignen, denn das Material wickelt DNA zu kleinen Paketen auf, die von Zellen gut aufgenommen werden. Dabei erwies es sich als gut abbaubar und löste bei Ratten keine immunologischen Reaktionen aus. Während bekannte Gen-Transporter wie Polylysin, das ausschließlich aus Lysinbausteinen besteht, oft recht giftig sind, zeigt das neue Material auch in höherer Konzentration kaum cytotoxische Wirkungen.

Prof. Guan kündigt an: "Wir entwickeln weitere Zucker-Peptid-Biomaterialien."

Literatur:
Metzke,Mark; O'Connor, Naphtali; Maiti, Soumen; Nelson, Edward; Guan, Zhibin: Saccharide-Peptide Hybrid Copolymers as Biomaterials. In: Angewandte Chemie International Edition, Early View. Published Online: 15 Sep 2005. DOI: 10.1002/anie.200501944

Kontakt: Zhibin Guan, Associate Professor, Chemistry, University of North Carolina at Chapel Hill, 2046D Frederick Reines Hall, 2025 Irvine, CA 92697, USA, Tel. +1  (949) 824-5172, Fax: +1 (949) 824-2210, eMail: zguan@uci.edu, Internet: www.chem.uci.edu/people/faculty/zguan/, www.chem.uci.edu/.
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