Antimikrobielle Polymere der nächsten Generation

• Antragsteller: Dr. Matthias Hartlieb
• Fachliche Zuordnung: Polymermaterialien ; Biomaterialien ; Präparative und Physikalische Chemie von Polymeren
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 445804074

Eine der größten Errungenschaften unserer modernen Gesellschaft ist die Entwicklung von Antibiotika, ohne die der Fortschritt der modernen Medizin undenkbar wäre. Die rasante Entwicklung Antibiotika-resistenter Keime ist ein zunehmend schwerwiegendes Problem und wurde von der Welt-Gesundheitsorganisation als "bedeutende Bedrohung für Gesundheit und menschliche Entwicklung" bezeichnet. Der stetige Rückgang neu zugelassener Antibiotika in Kombination mit der steigenden Zahl von Infektionen mit multiresistenten Erregern gefährdet die Errungenschaften der modernen Medizin. Eine Strategie, dieser Entwicklung entgegen zu wirken, ist die Verwendung membranaktiver Substanzen zur Infektionsbehandlung, da hier die Entwicklung von Resistenzen sehr unwahrscheinlich ist. Antimikrobielle Peptide sind die natürlichen Vorbilder solcher Stoffe. Allerdings sind diese Biomoleküle enzymatisch abbaubar, zeigen eine begrenzte Selektivität zwischen Bakterien und Zellen des Wirts und haben immunregulatorische Eigenschaften. Um diese Nachteile zu überwinden, wurden nach dem Vorbild von Peptiden antimikrobielle Polymere entwickelt, welche mittels kationischer Ladungen selektiv an Bakterien binden und dort durch den Einsatz von hydrophoben Einheiten die Zellmembran zerstören. Die Selektivität dieser Materialien bleibt allerdings ein großes Problem, was deren Eignung für z.B. klinische Studien einschränkt.Im vorliegenden Antrag soll eine neue Generation antimikrobieller Polymere entwickelt werden, indem Eigenschaften von antimikrobiellen Peptiden nachgeahmt werden, die bisher nicht in Betracht gezogen wurden. Das beinhaltet die Entwicklung von Bürsten Copolymeren, bestehend aus antimikrobiellen Bausteinen. Geplant ist die Entwicklung konventioneller, kovalenter Polymere, sowie supramolekularer Fasern. Durch die multivalente Präsentation membranaktiver Untereinheiten wird eine deutlich verstärkte Aktivität erwartet. Zudem soll die Segmentierung funktioneller Einheiten innerhalb dieser Materialien systematisch variiert werden, da gezeigt wurde, dass dieser Parameter von größter Bedeutung für deren Aktivität und Selektivität ist. Zusätzlich soll aktives Targeting verwendet werden, um zum einen die Aktivität antimikrobieller Polymere auf den Ort der Infektion zu konzentrieren, und zudem deren Selektivität für spezifische Krankheitserreger zu erhöhen. Schließlich sollen kombinatorische Therapien entwickelt werden, bei denen durch das Zusammenspiel mehrerer verschiedener Systeme synergistische Effekte aufgedeckt werden sollen.Die Einführung neuer Funktionalitäten und Konzepte in antimikrobielle Polymere wird deren Eigenschaften verbessern und sie konkreten Anwendungen näherbringen. Durch das Unterstützen oder sogar Ersetzen konventioneller antimikrobieller Therapien werden die hier vorgeschlagenen Systeme einen Beitrag zur Lösung des Problems der antimikrobiellen Resistenz leisten.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen
• Großgeräte: Size Exclusion Chromatography system including RI, UV, and MALS detection
• Gerätegruppe: 1350 Flüssigkeits-Chromatographen (außer Aminosäureanalysatoren 317), Ionenaustauscher