Kalorimetrische und potentiometrische Untersuchungen an Dendrimeren auf PAMAM Basis: Protonierung und Wechselwirkung mit HSA

Dendrimere sind nanoskalige, dreidimensional verzweigte Moleküle mit sphärischer Architektur, die auf vielfältige Weise funktionalisiert und modifiziert werden können. Die speziellen Eigenschaften der Dendrimere eröffnen zahlreiche neue Anwendungsmöglichkeiten, insbesondere im Pharmabereich (drug delivery systems, tumor targeting etc.) und motivieren damit auch zu umfassenden Untersuchungen der zugrunde liegenden physiko-chemischen Prozesse. Es ist bekannt, dass die Struktur und die Komplexierungseigenschaften von Dendrimeren in wässrigen Lösungen wesentlich von den Säure-Base-Eigenschaften (Protonierungsgrad) der funktionellen Gruppen und damit vom pH-Wert bestimmt werden.
Im Rahmen dieses Beitrages werden Ergebnisse kalorimetrischer und potentiometrischer pH-Titrationsexperimente in wässriger Lösung an Polyamidoamin-Dendrimeren (PAMAM), die an der Peripherie unterschiedlich funktionalisiert sind (-NH2, -OH, -COOH Gruppen), vorgestellt und diskutiert. Die potentiometrischen pH-Titrationskurven können unter Verwendung von minimal drei simultanen Protonierungsgleichgewichten mit guter Genauigkeit beschrieben werden. Die Ergebnisse sind konsistent mit dem typischen Verhalten von Polyelektrolyten.
Die kalorimetrischen pH-Titrationskurven widerspiegeln die komplexe Natur der ablaufenden Prozesse wesentlich deutlicher. Neben unterschiedlichen Stufen in den kalorimetrischen Titrationskurven, die prinzipiell den Protonierungsgleichgewichten zugeordnet werden können, treten zum Teil endotherme Effekte auf, deren Ursachen noch nicht geklärt sind. Die quantitative Beschreibung der Titrationskurven auf der Basis reiner Protonierungsreaktionen gelingt dadurch nicht vollständig.
Weiterhin werden erste kalorimetrische Ergebnisse zur aus pharmakologischer Sicht wichtigen Wechselwirkung von Dendrimeren mit potentiellen Targetmaterialien am Beispiel von Human Serum Albumin (HSA) präsentiert und diskutiert.