Forschung

Synthetische Polymere erfüllen eine Vielzahl komplexer Funktionen – von der alltäglichen Plastikflasche bis hin zu Funktionsmaterialien etwa in der Raumfahrt. Viele dieser Materialien und ihre Eigenschaften sind inspiriert durch die Natur und die sogenannten Biopolymeren wie den Proteinen, der DNS und den Zuckern. Nichtsdestotrotz erreichen die synthetischen Polymere nicht die Komplexität ihrer natürlichen Vorbilder, z.B. eines Enzyms oder Antikörpers. Wenn wir versuchen die zugrundeliegenden Unterschiede zu verstehen, stellen wir fest, dass es eine zu geringe Vielfalt  funktioneller Gruppen für die Polymersynthese nicht sein kann. Hier stehen die synthetischen den biologischen Polymeren in nichts nach. Es ist vielmehr die Kontrolle über die genaue Positionierung der funktionellen Einheiten innerhalb einer Polymerkette, die für synthetische Polymere bisher nicht oder nur sehr eingeschränkt zu erreichen ist. Während z.B. die Proteine aus nur einem kleinen Bausteinalphabet, den Aminosäuren, bestehen, können über die genaue Platzierung dieser Bausteine die Eigenschaften des resultierenden Proteins genau kontrolliert werden – etwa die Stabilität, Struktur und das Aggregationsverhalten. Könnte man eine solche Sequenzkontrolle auch für synthetische Polymere erreichen, wären  absolut neuartige Materialien mit komplexen Funktionen erreichbar.

Unser Ansatz solche monodispersen, sequenz-definierten Polymere herzustellen, basiert auf der Festphasensynthese. Hierbei nutzen wir die etablierte Festphasenpeptidchemie, aber anstelle von Aminosäuren verwenden wir speziell hergestellte oder aus der klassischen Polymerchemie stammende Bausteine. Durch die schrittweise Kupplung dieser Bausteine an der Festphase erhalten wir dann monodisperse und sequenzdefinierte Oligo- und Polymere.

Besonderes Interesse gilt hierbei der Synthese sogenannter polymerer Biomimetika auf Basis von monodispersen, sequenzdefinierten Polymeren. Polymere Biomimetika bilden die biologischen Eigenschaften, z.B. eines Zuckerliganden oder Peptidmotivs nach. Im Gegensatz zu ihrem natürlichen Vorbild besitzen sie aber eine verbesserte Stabilität, eine verringerte Toxizität und Immunogenizität und sind oft leichter herzustellen. Durch die Herstellung von polymeren Biomimetika basierend auf monodispersen, sequenzdefinierten Makromolekülen  werden vielfältige  Anwendungen möglich, z. B.  Zucker- oder Peptidmimetika zur Entwicklung neuer antibakterieller Wirkstoffe. Dabei erhoffen wir neue Erkenntnisse nicht nur im Bereich der Entwicklung verbesserter Biomimetika zu erzielen, sondern auch Einblicke in die Struktur-Wirkungsbeziehungen synthetischer Materialien in der Biologie und Medizin zu erlangen.