Synthese und Charakterisierung von multivalenten kationischen Tensiden und Polymeren

Der Einsatz von den Polyelektrolytkomplexen von DNA / RNA mit Polykationen oder Lipiden in der Gen-Therapie ist für Wissenschaftler von besonderem Interesse, da sie als Träger für den Transport von genetischem Material in lebende Zellen fungieren können. Interessant ist auch die Komplexbildung aus Gadolinium und Polykation, hier können die stabil gebildeten Aggregate als Kontrastmittel zur Anwendung in der Magnetresonanztomographie eingeführt werden. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, strukturdefinierte, positiv geladene, polyvalente sperminanaloge Polymere zu synthetisieren. Durch die polyelektrolytische Natur erlauben solche Polymere die Komplexierung von mehr Gadolinium-Polyoxometalaten und wären deshalb sehr gut als Kontrastmittel geeignet. Aufbauend auf den Vorarbeiten, wurde insbesondere die Komplexbildung von kationischem Polymer mit der Green Fluorescent Protein DNA in physiologischem Salzgehalt untersucht. Die Beschreibung der Synthese im Rahmen dieser Arbeit zeigt, dass es mit dem entwickelten Syntheseprinzip, also unter Einsatz von orthogonaler Schutzgruppenchemie und funktionaler Transformation gelungen ist, durch einfache nukleophile Substitution die Kopplung der Elementareinheiten zu komplexeren, auch ionischen Tensiden durchzuführen. Die Komplexierung von Gadolinium-Polyoxometalat mit kationisch geladenem Polymer in reinem Wasser und in physiologischem Salzgehalt hat gezeigt, dass bei einem Ladungsverhältnis von ungefähr 2:1 stabile sphärische Komplexe gebildet werden. HeLa-Zellen zeigen keine hohe Empfindlichkeit gegenüber Polykation-POM-Komplexen, da deren toxische Wirkung nur einen Anteil toter Zellen von maximal 24 % zur Folge hatte. Die Bildqualität einer MRT-Aufnahme der gebildeten Polykation-POM-Komplexe wurde im Vergleich zu den reinen Gadolinium-Polyoxometalat-Lösungen erheblich verbessert. Die Komplexierung von DNA mit dem im Überschuss vorliegenden kationisch geladenen Polymer wurde mittels Rasterkraftmikroskopie, statischer sowie dynamischer Lichtstreuung untersucht. Die Molmasse und Größe der Polykation-DNA-Komplexe geben eindeutige Hinweise darauf, dass sich in physiologischer Salzlösung Multi-Ketten-Komplexe bilden. Neben der Untersuchung der Polymer-Komplexe wurde eine Reihe neuartiger multivalenter kationischer Tenside hergestellt, wobei ihre Eigenschaften beispielsweise mit Tensid B (C12N4), Tensid C (EG8N4) und Tensid F (EG8C12N4) in wässriger Lösung bei verschiedener Salzkonzentration im Vordergrund stehen.Polyelectrolyte complexes formed by polycation/lipids with DNA or RNA have received increasing attention in recent years, since they can act as carriers to transport genetic materials to living cells in gene therapy. On the other hand, the formation of stable complexes between polycation and gadolinium-polyoxometalate can be used as radio-contrast agents for magnetic resonance imaging (MRI). The aim of this work is to synthesize and characterize a family of positively charged, polyvalent spermine derivatives. These polycations, substantially combined with gado-liniumpolyoxometalates (POM), can provide improved imaging performance of MRI when used as radiocontrast agents. The formation of spermine polycations with green fluorescent protein DNA in physiological saline was also investigated. The complicated ionic surfactants and polycations were synthesized by using orthogonal protecting group and functional transformation. At a charge ratio of about 2:1 stable spherical complexes were formed between the gadolinium-polyoxometalate and the positively charged polymer in both pure water and physiological saline. Toxicity experiments using HeLa cell showed that the cells were not very sensitive to the POM polycation complexes because only a fraction of up to 24% of dead cells was observed. The MRI experiments show that the synthesized POM-polycation complexes significantly improve the image quality compared to the pure gadolinium-polyoxome and the currently commercially available radiocontrast agents. The DNA complexes with positively charged polymer were characterized imaged by means of atomic force microscopy (AFM) and static and dynamic light scattering. The results clearly indicate the formation of multi-chain complexes in physiological saline conditions, reflected by the increase of molecular weight and size of the polycation-DNA complexes. Furthermore, in these work different multivalent cationic surfactants, for example surfactant B (C12N4), surfactant C (EG8N4) and surfactant F (EG8C12N4) were characterized with static and dynamic light scattering in aqueous solutions with varying salt concentration