DE102013225772B4 - Surface functionalized polymer for biological applications and process for its preparation - Google Patents

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Abstract

Oberflächenfunktionalisiertes Polymer für biologische Anwendungen, das in wässrigen Systemen eine feste hydrophobe Phase bildet, in der im Bereich der Phasengrenze zur Umgebung die hydrophoben Bereiche von amphiphilen Molekülen zumindest teilweise angeordnet sind, wobei die hydrophilen Bereiche der amphiphilen Moleküle als freie Enden mit ihrem jeweiligen hydrophilen Terminus hin zur hydrophilen Umgebung ausgerichtet sind und wobei als amphiphile Moleküle solche aus der Polymerklasse der Poly(2-oxazolin)e ausgewählt sind, an deren jeweiligem hydrophilen Terminus ein biologisch funktionelles Molekül konjugiert ist.A surface-functionalized polymer for biological applications, which in aqueous systems forms a solid hydrophobic phase in which the hydrophobic regions of amphiphilic molecules are at least partially arranged in the region of the phase boundary with the hydrophilic regions of the amphiphilic molecules as free ends with their respective hydrophilic terminus are aligned towards the hydrophilic environment and are selected as amphiphilic molecules such from the polymer class of poly (2-oxazoline) s, at the respective hydrophilic terminus of a biologically functional molecule is conjugated.

Description

Die Erfindung betrifft ein oberflächenfunktionalisiertes Polymer für biologische Anwendungen und ein Verfahren zu dessen Herstellung, das heißt ein Verfahren zur Oberflächenfunktionalisierung von Polymeren. Insbesondere betrifft die Erfindung die biologische Funktionalisierung von Polyestern bzw. von auf Polyestern basierenden Polymeroberflächen für biologische Anwendungen.The invention relates to a surface-functionalized polymer for biological applications and to a process for its preparation, that is to say a process for the surface-functionalization of polymers. In particular, the invention relates to the biological functionalization of polyesters or of polyester-based polymer surfaces for biological applications.

Bisher erfolgten derartige Funktionalisierungen entweder durch (i) kovalente Anbindung biologisch funktioneller Moleküle (BFM) oder (ii) durch deren adsorptive Immobilisierung. So ist zum Beispiel in der WO 2002/083931 A2 ein Verfahren zur Immobilisierung von Biomolekülen, insbesondere Enzymen oder enzymatischen Systemen, an plasmachemisch aktivierte beziehungsweise funktionalisierte, chemisch inerte Trägeroberflächen, zum Beispiel polyhalogenierte Polymere, beschrieben. Dabei erfolgt zunächst eine Aktivierung der chemisch inerten Trägeroberfläche durch Modifizierung der Trägeroberfläche mit plasmachemischen Methoden; anschließend eine Anbindung mindestens eines zu immobilisierenden Biomoleküls, gegebenenfalls nach seiner Überführung in einen aktivierten, anbindungsfähigen Zustand, an die aktivierte Trägeroberfläche. Die Biomoleküle können mittels kovalenter und/oder ionischer Bindung über die reaktive(n) funktionelle(n) Gruppe(n) unmittelbar oder mittelbar an die Trägeroberfläche angebunden werden. So far, such functionalizations either by (i) covalent attachment of biologically functional molecules (BFM) or (ii) by their adsorptive immobilization. For example, in the WO 2002/083931 A2 a method for the immobilization of biomolecules, in particular enzymes or enzymatic systems, to plasma-chemically activated or functionalized, chemically inert carrier surfaces, for example polyhalogenated polymers described. Initially, the chemically inert carrier surface is activated by modifying the carrier surface with plasmachemical methods; then an attachment of at least one biomolecule to be immobilized, optionally after its conversion into an activated, attachable state, to the activated support surface. The biomolecules can be attached via covalent and / or ionic bonding via the reactive functional group (s) directly or indirectly to the carrier surface.

Diese bisher bekannten Lösungen weisen die folgenden Nachteile auf:

  • (i) Diese sind chemisch aufwändig, erfordern zusätzliche Prozessschritte und sind für viele Arten von Oberflächen schwer anwendbar.
  • (ii) Bei diesen Lösungen besteht eine geringe und wenig definierte Stabilität der Funktionalisierung, die biologische Aktivität der biologisch funktionellen Moleküle wird unter Umständen durch eine direkte Wechselwirkung mit der Polymeroberfläche beeinflusst.
These previously known solutions have the following disadvantages:
  • (i) These are chemically demanding, require additional process steps, and are difficult to apply to many types of surfaces.
  • (ii) In these solutions, there is little and little defined stability of the functionalization, the biological activity of the biologically functional molecules may be influenced by a direct interaction with the polymer surface.

Aus der WO 2005/042025 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem ein Medizinprodukt beschichtet wird, wobei die Beschichtung ein bioaktives Mittel, wie zum Beispiel ein pharmazeutisches Mittel oder ein Medikament, umfasst, das über einen Linker mit einem Copolymer verbunden ist. Das Copolymer besteht aus selbstanordnenden amphiphilen Molekülen mit jeweils mindestens einem hydrophilen Bereich und mindestens einem hydrophoben Bereich.From the WO 2005/042025 A1 For example, a method is known in which a medical device is coated, which coating comprises a bioactive agent, such as a pharmaceutical agent or a drug, which is linked to a copolymer via a linker. The copolymer consists of self-assembling amphiphilic molecules each having at least one hydrophilic region and at least one hydrophobic region.

Auch in der Druckschrift HOOGENBOOM, R.: Poly(2-oxazoline)s: A Polymer Class with Numerous Potential Applications. In: Angew. Chem. Int. Ed., Vol. 48, (2009), S. 7978–7994, wird auf die Selbstorganisation amphiphiler Moleküle, zum Beispiel von Copoly(2-oxazolin)en, verwiesen. Diese Druckschrift beschreibt des Weiteren zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten für Poly(2-oxazolin)e, insbesondere biomedizinische Verwendungen. So wird unter anderem die Konjugation von Poly(2-oxazolin)en mit Proteinen beschrieben, mit Poly(2-oxazolin)en funktionalisierte Wirkstoffträger sowie als Biozid-endfunktionalisierte Polymere. Also in the publication HOOGENBOOM, R .: Poly (2-oxazolines) s: A Polymer Class with Numerous Potential Applications. In: Angew. Chem. Int. Ed., Vol. 48, (2009), pp. 7978-7994, reference is made to the self-assembly of amphiphilic molecules, for example copoly (2-oxazoline) s. This document further describes numerous applications for poly (2-oxazoline) s, in particular biomedical uses. Among other things, the conjugation of poly (2-oxazoline) s with proteins is described, with poly (2-oxazoline) en functionalized drug carriers as well as biocide-endfunktionalisierte polymers.

Die WO 2011/127256 A1 beschreibt amphiphile Poly(oxazolin)e, konjugiert mit Polypeptiden. Das amphiphile Blockcopolymer umfasst wenigstens ein hydrophiles Segment, zum Beispiel Poly(2-Ethyl-2-oxazolin), und wenigstens ein hydrophobes Segment, zum Beispiel Poly(2-Butyl-2-oxazolin).The WO 2011/127256 A1 describes amphiphilic poly (oxazoline) s conjugated to polypeptides. The amphiphilic block copolymer comprises at least one hydrophilic segment, for example poly (2-ethyl-2-oxazoline), and at least one hydrophobic segment, for example poly (2-butyl-2-oxazoline).

Aus der WO 2013/119650 A1 ist ein amphiphiles Blockcopolymer bekannt, das mit Protein konjugiert ist. Das amphiphile Blockcopolymer umfasst wenigstens ein hydrophiles Poly(2-oxazolin)-Segment und wenigstens ein hydrophobes Poly(2-oxazolin). Es kann des Weiteren zum Beispiel ein Segment aus einer Gruppe von Verbindungen, umfassend Polyacide, Polylactid-co-glycolsäure, Polylactid-co-glycolid und Polycaprolacton, enthalten.From the WO 2013/119650 A1 For example, an amphiphilic block copolymer conjugated to protein is known. The amphiphilic block copolymer comprises at least one hydrophilic poly (2-oxazoline) segment and at least one hydrophobic poly (2-oxazoline). It may further contain, for example, a segment of a group of compounds comprising polyacids, polylactide-co-glycolic acid, polylactide-co-glycolide and polycaprolactone.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines oberflächenfunktionalisierten Polymers – mit einer im Vergleich zum Stand der Technik verbesserten Stabilität der Funktionalisierung – für biologische Anwendungen sowie eines einfachen und kostengünstigen Verfahrens zu dessen Herstellung, das heißt ein Verfahren zur Oberflächenfunktionalisierung von Polymersubstraten mit dem Ziel einer definierten Immobilisierung und Präsentation der biologisch funktionellen Moleküle an Grenzflächen.The object underlying the invention is to provide a surface-functionalized polymer - with improved compared to the prior art stability of the functionalization - for biological applications and a simple and inexpensive process for its preparation, that is, a method for surface functionalization of polymer substrates with the Aim of a defined immobilization and presentation of the biologically functional molecules at interfaces.

Die Lösung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in einem oberflächenfunktionalisierten Polymer für biologische Anwendungen nach Anspruch 1. Es wird ein Polymer ausgewählt, welches in wässrigen Systemen eine feste hydrophobe Phase bildet, in der im Bereich der Phasengrenze zur Umgebung die hydrophoben Bereiche von amphiphilen Molekülen zumindest teilweise angeordnet sind, wobei die hydrophilen Bereiche der amphiphilen Moleküle als freie Enden mit ihrem jeweiligen hydrophilen Terminus hin zur hydrophilen Umgebung ausgerichtet sind. Als amphiphile Moleküle sind solche aus der Polymerklasse der Poly(2-oxazolin)e ausgewählt, an deren jeweiligem hydrophilen Terminus ein biologisch funktionelles Molekül konjugiert ist. The solution of the object of the present invention consists in a surface-functionalized polymer for biological applications according to claim 1. A polymer is selected which forms a solid hydrophobic phase in aqueous systems in which the hydrophobic regions of amphiphilic molecules at least in the region of the phase boundary to the environment are partially arranged, wherein the hydrophilic regions of the amphiphilic molecules are aligned as free ends with their respective hydrophilic terminus towards the hydrophilic environment. As amphiphilic molecules are selected those from the polymer class of poly (2-oxazoline) s, at the respective hydrophilic terminus of a biologically functional molecule is conjugated.

Mit dem Begriff „hydrophob“ werden Substanzen charakterisiert, die sich nicht mit Wasser mischen und es auf der Oberfläche meist „abperlen“ lassen. Unter hydrophober Phase ist in diesem Zusammenhang eine Phase zu verstehen, deren Oberfläche an ihrer Phasengrenze gegenüber Wasser einen Kontaktwinkel von mehr als 90° aufweist. Unter einer hydrophilen Phase ist dementsprechend eine Phase zu verstehen, deren Oberfläche an ihrer Phasengrenze gegenüber Wasser einen Kontaktwinkel kleiner als 90°, zumeist nahe 0°, aufweist. Amphiphilie ist eine spezielle Eigenschaft eines Moleküls, das hydrophobe und hydrophile Bereiche aufweist.The term "hydrophobic" is used to describe substances that do not mix with water and usually cause it to "bead off" on the surface. In this context, a hydrophobic phase is to be understood as meaning a phase whose surface has a phase boundary with respect to water Contact angle of more than 90 °. Accordingly, a hydrophilic phase is to be understood as meaning a phase whose surface at its phase boundary with respect to water has a contact angle of less than 90 °, usually close to 0 °. Amphiphilia is a special property of a molecule that has hydrophobic and hydrophilic regions.

Vorzugsweise ist das oberflächenfunktionalisierte Polymer, genauer gesagt das Polymersubstrat des oberflächenfunktionalisierten Polymers, ein Thermoplast. Vorteilhaft ist das Polymersubstrat ein Polyester bzw. weist eine auf Polyestern basierende Polymeroberfläche auf. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das auf Polyestern basierende Polymersubstrat aus der Gruppe der Copolymere, insbesondere der statistischen Copolymere, der Gradienten-Copolymere und der Blockcopolymere ausgewählt. Als besonders vorteilhaft erwies sich als Polymersubstrat Polylactid-co-Glycolid (PLGA).Preferably, the surface-functionalized polymer, more particularly the polymer substrate of the surface-functionalized polymer, is a thermoplastic. Advantageously, the polymer substrate is a polyester or has a polyester-based polymer surface. According to a particularly preferred embodiment of the invention, the polyester-based polymer substrate is selected from the group of copolymers, in particular random copolymers, gradient copolymers and block copolymers. Polylactide-co-glycolide (PLGA) proved to be particularly advantageous as a polymer substrate.

Als amphiphiles Molekül ist vorzugsweise mindestens eine der Verbindungen der Klasse der Poly(2-oxazolin)e vorgesehen, bestehend aus einer Kombination von hydrophilen und hydrophoben Monomereinheiten. Die Kombination dieser Monomereinheiten gestaltet das Poly(2-oxazolin) amphiphil. Die Kombination dieser Monomereinheiten ist realisiert als Copolymer und kann vorteilhaft in Form eines statistischen Copolymers, Gradientencopolymers oder Blockcopolymers vorliegen. Hierbei sind die Poly(2-oxazolin)-Monomereinheiten gekennzeichnet durch ihre Substitution in der Seitenkette, die ihre Wasserlöslichkeit bestimmt. Insbesondere sind kurzkettige Seitengruppen mit n- oder iso-Alkylgruppen oder auch Arylgruppen hydrophil für eine Anzahl X der Kohlenstoffatome C in der Seitenkette, die im Bereich C1 bis C3 (das heißt X liegt im Bereich 1 bis 3) liegt, und hydrophob für C4 und größere CX-Werte. Die Amphiphilie kann auch durch eine Kombination mittels Konjugation von hydrophilen Poly(2-oxazolin)en und langkettigen hydrophoben Molekülteilen realisiert sein. Beispielsweise kann ein Poly(2-oxazolin) mit einem n-Alkan, perfluorierten Verbindungen oder aromatischen Molekülsegmenten oder auch Lipiden bzw. Lipopolymeren gebunden sein.As the amphiphilic molecule, there is preferably provided at least one of the compounds of the class of poly (2-oxazoline) s consisting of a combination of hydrophilic and hydrophobic monomer units. The combination of these monomer units makes the poly (2-oxazoline) amphiphilic. The combination of these monomer units is realized as a copolymer and may advantageously be in the form of a random copolymer, gradient copolymer or block copolymer. Here, the poly (2-oxazoline) monomer units are characterized by their substitution in the side chain, which determines their water solubility. In particular, short-chain side groups having n- or iso-alkyl groups or also aryl groups are hydrophilic for a number X of carbon atoms in the side chain lying in the range C1 to C3 (ie X is in the range 1 to 3), and hydrophobic for C4 and larger CX values. The amphiphilia may also be realized by a combination of conjugation of hydrophilic poly (2-oxazoline) s and long-chain hydrophobic moieties. For example, a poly (2-oxazoline) may be bound with an n-alkane, perfluorinated compounds or aromatic molecule segments or lipids or lipopolymers.

Die Poly(2-oxazolin)e sind an ihrem hydrophilen Terminus vorteilhaft jeweils mit einem der folgenden biologisch funktionellen Moleküle konjugiert: Adhäsionspeptid-Sequenzen, antimikrobiell wirkende Peptide, andere biologisch aktive Peptide, Proteine, zum Beispiel Wachstumsfaktoren, und Aptamere.The poly (2-oxazoline) s are advantageously conjugated at their hydrophilic terminus to one of the following biologically functional molecules: adhesion peptide sequences, antimicrobial peptides, other biologically active peptides, proteins, for example growth factors, and aptamers.

Ein entsprechendes oberflächenfunktionalisiertes Polymer für biologische Anwendungen nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ist durch ein Verfahren zu dessen Herstellung nach Anspruch 8 erhältlich. Bei diesem Verfahren wird/werden

  • a) ein an der Oberfläche zu funktionalisierendes Polymer, das heißt das Polymersubstrat, das in wässrigen Systemen eine feste hydrophobe Phase bildet, und ein hydrophiles Polymer sowie ein amphiphiles Polymer, bestehend aus Molekülen der Polymerklasse der Poly(2-oxazolin)e, mittels eines Lösungsmittels in eine homogene Lösung gebracht,
  • b) das Lösungsmittel abgetrennt, so dass eine Phasenseparation mit Ausbildung einer Phasengrenze zwischen einer hydrophoben Phase aus dem zu funktionalisierenden Polymer und einer hydrophilen Phase aus dem hydrophilen Polymer stattfindet und sich die amphiphilen Moleküle (AM) an der Phasengrenze derart ausrichten, dass die hydrophoben Bereiche der amphiphilen Moleküle zumindest teilweise in der hydrophoben Phase und die hydrophilen Bereiche der amphiphilen Moleküle zumindest teilweise in der hydrophilen Phase angeordnet werden,
  • c) die hydrophile Phase abgetrennt, so dass die hydrophilen Bereiche der amphiphilen Moleküle als freie Enden mit ihrem jeweiligen hydrophilen Terminus hin zur Umgebung ausgerichtet sind, während die hydrophoben Bereiche der amphiphilen Moleküle weiterhin im zu funktionalisierenden Polymer angeordnet sind.
A corresponding surface-functionalized polymer for biological applications according to any one of claims 1 to 7 is obtainable by a process for its preparation according to claim 8. In this process will / will be
  • a) a surface-functionalized polymer, that is to say the polymer substrate which forms a solid hydrophobic phase in aqueous systems, and a hydrophilic polymer and an amphiphilic polymer consisting of molecules of the polymer class of the poly (2-oxazoline) s by means of a Solvent in a homogeneous solution,
  • b) the solvent is separated, so that a phase separation takes place with the formation of a phase boundary between a hydrophobic phase of the polymer to be functionalized and a hydrophilic phase of the hydrophilic polymer and the amphiphilic molecules (AM) align themselves at the phase boundary such that the hydrophobic regions the amphiphilic molecules are at least partially disposed in the hydrophobic phase and the hydrophilic regions of the amphiphilic molecules are at least partially disposed in the hydrophilic phase,
  • c) separating the hydrophilic phase so that the hydrophilic regions of the amphiphilic molecules are aligned as free ends with their respective hydrophilic terminus towards the environment, while the hydrophobic regions of the amphiphilic molecules are further arranged in the polymer to be functionalized.

Erfindungsgemäß ist am jeweiligen hydrophilen Terminus der amphiphilen Polymere ein biologisch funktionelles Molekül konjugiert, womit die biologisch funktionellen Moleküle immobilisiert und präsentiert werden. According to the invention, a biologically functional molecule is conjugated to the respective hydrophilic terminus of the amphiphilic polymers, whereby the biologically functional molecules are immobilized and presented.

Durch die erfindungsgemäße Verfahrensweise erfolgt gemäß der Konzeption der Erfindung eine Selbstorganisation amphiphiler Polymere an der Phasengrenze der nicht-wasserlöslichen, hydrophoben Polymere. Über diese Selbstorganisation erfolgt überraschenderweise eine definierte Anordnung amphiphiler Moleküle in der Grenzfläche zwischen hydrophoben und hydrophilen Materialien, wobei das hydrophile Material die biologische Umgebung der hydrophoben Biomaterialoberfläche darstellen kann. Hierbei ist zudem die Art der eingesetzten amphiphilen Polymere, der Poly(2-oxazolin)e, von Bedeutung. Der Einsatz von Polymeren aus dieser Polymerklasse hat folgende Vorteile:

  • 1. Aufgrund der definierten Syntheseroute können die amphiphilen Polymere in einem breiten Spektrum dem zu modifizierenden Substrat und der Umgebung angepasst werden.
  • 2. Die amphiphilen Polymere können regioselektiv und quantitativ mit biologisch funktionellen Molekülen funktionalisiert werden.
  • 3. Der hydrophile Teil des amphiphilen Polymers kann den spezifischen Erfordernissen angepasst werden, zum Beispiel für die Kontrolle der Biokompatibilität und/oder die Steuerung der Zelladhäsion.
By the procedure according to the invention, according to the concept of the invention, a self-organization of amphiphilic polymers takes place at the phase boundary of the non-water-soluble, hydrophobic polymers. Surprisingly, this self-assembly results in a defined arrangement of amphiphilic molecules in the interface between hydrophobic and hydrophilic materials, where the hydrophilic material can be the biological environment of the hydrophobic biomaterial surface. In addition, the type of amphiphilic polymers used, poly (2-oxazoline) s, is of importance. The use of polymers from this polymer class has the following advantages:
  • 1. Due to the defined synthetic route, the amphiphilic polymers can be adapted in a wide range to the substrate to be modified and the environment.
  • 2. The amphiphilic polymers can be functionalized regioselectively and quantitatively with biologically functional molecules.
  • 3. The hydrophilic portion of the amphiphilic polymer can be adapted to the specific requirements, for example for the control of biocompatibility and / or the control of cell adhesion.

Mögliche Anwendungen für auf diese Weise oberflächenfunktionalisierte Polymere ergeben sich insbesondere auf dem Gebiet der Medizin, hier vor allem der regenerativen Medizin, zum Beispiel beim Knochenaufbau. Possible applications for surface-functionalized polymers in this way are found especially in the field of medicine, here in particular regenerative medicine, for example in bone formation.

Die vorliegende erfindungsgemäße Lösung stellt eine einfache, aber definierte Möglichkeit zur Oberflächenfunktionalisierung einer im Biomaterialbereich breit eingesetzten Polymergruppe durch ein biokompatibles, hoch definiertes und variables Polymersystem, nämlich das der Poly(2-oxazolin)e, bereit.The present inventive solution provides a simple but defined possibility for surface functionalization of a widely used in the biomaterials polymer group by a biocompatible, highly defined and variable polymer system, namely the poly (2-oxazoline) s ready.

Auf diese Weise können alle hydrophoben Polymerphasenfestkörper an ihrer Oberfläche funktionalisiert werden. Als hydrophiles Polymer wird vorzugsweise ein Polyethylenglykol (PEG) eingesetzt. Als Lösungsmittel für den Verfahrensschritt a) sind insbesondere Dichlormethan und Chloroform geeignet.In this way, all hydrophobic polymer phase solids can be functionalized on their surface. The hydrophilic polymer used is preferably a polyethylene glycol (PEG). Suitable solvents for process step a) are, in particular, dichloromethane and chloroform.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung. Es zeigt:Further details, features and advantages of the invention will become apparent from the following description of embodiments with reference to the accompanying drawings. It shows:

1: die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für das erfindungsgemäße Verfahren. 1 : the schematic representation of an embodiment of the inventive method.

Die 1 zeigt die schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für das erfindungsgemäße Verfahren. Hierbei wird kompaktes Polylactid-co-Glycolid (PLGA) mit einem Poly(2-oxazolin) funktionalisiert. In Abbildung a) der 1 ist ein Reaktionsgefäß dargestellt, welches Polylactid-co-Glycolid (PLGA) als Polymersubstrat sowie Polyethylenglykol (PEG) als hydrophiles Polymer sowie amphiphile Moleküle (AM) aus der Gruppe der Poly(2-oxazolin)e enthält, die mittels des Lösungsmittels Dichlormethan bei einer Temperatur von 0 °C bis 40 °C in eine homogene Lösung gebracht werden. The 1 shows the schematic representation of an embodiment of the inventive method. Here, compact polylactide-co-glycolide (PLGA) is functionalized with a poly (2-oxazoline). In figure a) the 1 a reaction vessel is shown, which contains polylactide-co-glycolide (PLGA) as a polymer substrate and polyethylene glycol (PEG) as a hydrophilic polymer and amphiphilic molecules (AM) from the group of poly (2-oxazoline) s, by means of the solvent dichloromethane at a Temperature of 0 ° C to 40 ° C are brought into a homogeneous solution.

Polylactid-co-Glycolid (PLGA) ist eine organische Substanz auf Milchsäurebasis, genauer gesagt ein Co-Polymer aus Milch- und Glykolsäure, das vom menschlichen Körper leicht abgebaut werden kann. Sie findet Anwendung als chirurgisches Nähmaterial, in Form von biologisch degradierbaren Implantaten sowie als Hilfsstoff für die Herstellung von Depotarzneiformen. Polylactide-co-glycolide (PLGA) is a lactic acid-based organic substance, more specifically, a co-polymer of lactic and glycolic acid that is easily broken down by the human body. It is used as a surgical suture, in the form of biodegradable implants and as an adjuvant for the production of depot medicine forms.

Poly(2-oxazolin)e stellen eine Polymerklasse dar, bei der je nach Substituent in Position 2 des Oxazolinrings die physikalischen und makromolekularen Eigenschaften der jeweiligen Polymere gesteuert werden können.Poly (2-oxazoline) s represent a class of polymers in which, depending on the substituent in position 2 of the oxazoline ring, the physical and macromolecular properties of the respective polymers can be controlled.

Die Abbildung b) der 1 zeigt den Prozess einer Phasentrennung in eine hydrophobe PLGA-Phase und eine hydrophile PEG-Phase, im Laufe des Verdampfens des Lösungsmittels Dichlormethan. In Abbildung c) der 1 ist die in diesem Zusammenhang stattfindende Anordnung und Ausrichtung der amphiphilen Moleküle (AM) in der Phasengrenze zwischen hydrophober und hydrophiler Phase schematisch dargestellt. Dabei sind die hydrophoben Bereiche der amphiphilen Moleküle zur hydrophoben Phase und die hydrophilen Bereiche der amphiphilen Moleküle hin zur hydrophilen Phase ausgerichtet, das heißt, sowohl die hydrophoben Bereiche als auch die hydrophilen Bereiche der amphiphilen Moleküle werden jeweils mindestens teilweise in der hinsichtlich der Hydrophilie bzw. Hydrophobie entgegengesetzten Phase angeordnet. Schließlich stellt die Abbildung d) der 1 die Situation nach der Entfernung der hydrophilen PEG-Phase dar, was durch Herauslösen erfolgen kann. Die hydrophilen Bereiche der amphiphilen Moleküle (AM) sind als nunmehr freie Enden hin zur Umgebung ausgerichtet, während die hydrophoben Bereiche der amphiphilen Moleküle (AM) nach wie vor zumindest teilweise in der PLGA-Phase angeordnet sind. Figure b) the 1 shows the process of phase separation into a hydrophobic PLGA phase and a hydrophilic PEG phase, in the course of evaporation of the solvent dichloromethane. In figure c) the 1 In this context, the arrangement and orientation of the amphiphilic molecules (AM) in the phase boundary between the hydrophobic and hydrophilic phases is shown schematically. In this case, the hydrophobic regions of the amphiphilic molecules to the hydrophobic phase and the hydrophilic regions of the amphiphilic molecules are aligned towards the hydrophilic phase, that is, both the hydrophobic regions and the hydrophilic regions of the amphiphilic molecules are each at least partially in terms of hydrophilicity or Hydrophobicity opposite phase arranged. Finally, the figure d) represents the 1 the situation after removal of the hydrophilic PEG phase, which can be done by leaching. The hydrophilic regions of the amphiphilic molecules (AM) are now aligned as free ends towards the environment, while the hydrophobic regions of the amphiphilic molecules (AM) are still at least partially located in the PLGA phase.

LISTE DER IN DEN FIGUREN VERWENDETEN ABKÜRZUNGENLIST OF ABBREVIATIONS USED IN THE FIGURES

AMAT THE
amphiphile Moleküleamphiphilic molecules
PEGPEG
Polyethylenglykolepolyethylene glycols
PLGAPLGA
Polylactid-co-GlycolidPLGA

Claims (10)

Oberflächenfunktionalisiertes Polymer für biologische Anwendungen, das in wässrigen Systemen eine feste hydrophobe Phase bildet, in der im Bereich der Phasengrenze zur Umgebung die hydrophoben Bereiche von amphiphilen Molekülen zumindest teilweise angeordnet sind, wobei die hydrophilen Bereiche der amphiphilen Moleküle als freie Enden mit ihrem jeweiligen hydrophilen Terminus hin zur hydrophilen Umgebung ausgerichtet sind und wobei als amphiphile Moleküle solche aus der Polymerklasse der Poly(2-oxazolin)e ausgewählt sind, an deren jeweiligem hydrophilen Terminus ein biologisch funktionelles Molekül konjugiert ist. A surface-functionalized polymer for biological applications, which in aqueous systems forms a solid hydrophobic phase in which the hydrophobic regions of amphiphilic molecules are at least partially arranged in the region of the phase boundary with the hydrophilic regions of the amphiphilic molecules as free ends with their respective hydrophilic terminus are aligned towards the hydrophilic environment and are selected as amphiphilic molecules such from the polymer class of poly (2-oxazoline) s, at the respective hydrophilic terminus of a biologically functional molecule is conjugated. Oberflächenfunktionalisiertes Polymer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Thermoplast ist. Surface-functionalized polymer according to claim 1, characterized in that it is a thermoplastic. Oberflächenfunktionalisiertes Polymer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieses eine auf Polyestern basierende Polymeroberfläche aufweist.Surface-functionalized polymer according to claim 1 or 2, characterized in that it has a polyester-based polymer surface. Oberflächenfunktionalisiertes Polymer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dieses aus der Gruppe der Copolymere ausgewählt ist.Surface-functionalized polymer according to claim 3, characterized in that it is selected from the group of copolymers. Oberflächenfunktionalisiertes Polymer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Polymersubstrat Polylactid-co-Glycolid (PLGA) vorgesehen ist.Surface-functionalized polymer according to claim 4, characterized in that the polymer substrate is polylactide-co-glycolide (PLGA). Oberflächenfunktionalisiertes Polymer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass als amphiphiles Molekül entweder mindestens eine der Verbindungen der Klasse der Poly(2-oxazolin)e vorgesehen ist, bestehend aus einer Kombination von hydrophilen und hydrophoben Monomereinheiten, oder mindestens eine Verbindung aus der Klasse der Poly(2-oxazolin)e vorgesehen ist, bei der die Amphiphilie durch eine Kombination mittels Konjugation eines hydrophilen Poly(2-oxazolin)s und hydrophoben Molekülteilen realisiert ist. Surface-functionalized polymer according to one of claims 1 to 5, characterized in that as at least one of the compounds of the class of poly (2-oxazoline) e is provided as the amphiphilic molecule, consisting of a combination of hydrophilic and hydrophobic monomer units, or at least one compound the class of poly (2-oxazoline) e is provided in which the amphiphilia is realized by a combination by conjugation of a hydrophilic poly (2-oxazoline) s and hydrophobic parts of the molecule. Oberflächenfunktionalisiertes Polymer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Poly(2-oxazolin)e an ihrem hydrophilen Terminus jeweils mit einem der folgenden biologisch funktionellen Moleküle konjugiert sind: Adhäsionspeptid-Sequenzen, antimikrobiell wirkende Peptide, andere biologisch aktive Peptide, Proteine und Aptamere.Surface functionalized polymer according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the poly (2-oxazoline) s are each conjugated at their hydrophilic terminus to one of the following biologically functional molecules: adhesion peptide sequences, antimicrobial peptides, other biologically active peptides, Proteins and aptamers. Verfahren zur Herstellung eines oberflächenfunktionalisierten Polymers für biologische Anwendungen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem a) ein an der Oberfläche zu funktionalisierendes Polymer, das in wässrigen Systemen eine feste hydrophobe Phase bildet, und ein hydrophiles Polymer sowie ein amphiphiles Polymer, bestehend aus Molekülen der Polymerklasse der Poly(2-oxazolin)e, mittels eines Lösungsmittels in eine homogene Lösung gebracht werden, b) das Lösungsmittel abgetrennt wird, so dass eine Phasenseparation mit Ausbildung einer Phasengrenze zwischen einer hydrophoben Phase aus dem zu funktionalisierenden Polymer und einer hydrophilen Phase aus dem hydrophilen Polymer stattfindet und sich die amphiphilen Moleküle (AM) an der Phasengrenze derart ausrichten, dass die hydrophoben Bereiche der amphiphilen Moleküle zumindest teilweise in der hydrophoben Phase und die hydrophilen Bereiche der amphiphilen Moleküle zumindest teilweise in der hydrophilen Phase angeordnet werden, c) eine Abtrennung der hydrophilen Phase erfolgt, so dass die hydrophilen Bereiche der amphiphilen Moleküle als freie Enden mit ihrem jeweiligen hydrophilen Terminus hin zur Umgebung ausgerichtet sind, während die hydrophoben Bereiche der amphiphilen Moleküle weiterhin im zu funktionalisierenden Polymer angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass am jeweiligen hydrophilen Terminus der amphiphilen Polymere ein biologisch funktionelles Molekül konjugiert ist. A process for preparing a surface-functionalized biologic polymer according to any one of claims 1 to 7 wherein: a) a surface functionalized polymer which forms a solid hydrophobic phase in aqueous systems and a hydrophilic polymer and an amphiphilic polymer consisting of Molecules of the polymer class of poly (2-oxazoline) s, are brought by means of a solvent in a homogeneous solution, b) the solvent is separated, so that a phase separation with formation of a phase boundary between a hydrophobic phase of the polymer to be functionalized and a hydrophilic phase takes place from the hydrophilic polymer and align the amphiphilic molecules (AM) at the phase boundary in such a way that the hydrophobic regions of the amphiphilic molecules at least partially in the hydrophobic phase and the hydrophilic regions of the amphiphilic molecules at least partially we arranged in the hydrophilic phase c) a separation of the hydrophilic phase takes place, so that the hydrophilic regions of the amphiphilic molecules are aligned as free ends with their respective hydrophilic terminus towards the environment, while the hydrophobic regions of the amphiphilic molecules are further arranged in the polymer to be functionalized, characterized in that a biologically functional molecule is conjugated to the respective hydrophilic terminus of the amphiphilic polymers. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als hydrophiles Polymer ein Polyethylenglykol (PEG) eingesetzt wird.A method according to claim 8, characterized in that a polyethylene glycol (PEG) is used as the hydrophilic polymer. Verwendung eines oberflächenfunktionalisierten Polymers nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auf dem Gebiet der Medizin.Use of a surface-functionalized polymer according to any one of claims 1 to 7 in the medical field.
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