Synthese kationischer Lipide auf Basis von L

.DSLWHO
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Ziel
dieser
Arbeit
war
die
Synthese
von
kationischen
Lipiden,
welche
Strukturmerkmale von Pentamidin und bekannten Gentransfervektoren in sich
vereinigen. Durch in den Molekülen enthaltene Disulfidbrücken sollten diese
Vektoren neue, günstige Eigenschaften für den Gentransfer erhalten.
NH2
NH2
+
+
Cl H2N
NH2Cl
O
O
Abb. 90: Pentamidin
Als idealer Grundkörper für den Aufbau der Lipide sollte L-Cystin dienen, an das die
benötigten lipophilen und kationischen Seitenketten gekoppelt werden können.
Zuvor war jedoch zu klären, wie stark die Struktur von Pentamidin verändert werden
kann, ohne daß die Bindungseigenschaften verloren gehen. Zu diesem Zweck
wurden disulfidverbrückte Biskationen hergestellt und in DNS-Schmelzexperimenten
eingesetzt,
um
anhand
Ihres
Einflusses
auf
den
Schmelzpunkt
die
Bindungseigenschaften abschätzen zu können.
Als kationische Gruppen der Modellsysteme wurden Phenylamidine und Phenylguanidine verwendet. Diese wurden über Amide und Phenolether miteinander
verknüpft.
Zusätzlich
wurde
auch
ein
Di-(4-carboxamidylbenzyl)-disulfid
hergestellt.
+
Cl NH2
H2N
S
S
NH2 Cl
+
NH2
Abb. 91: Di-(4-carboxamidylbenzyl)-disulfid
Bei den Amidsynthesen stellte sich die schlechte Löslichkeit der ungeladenen
Zwischenstufen als Problem heraus, das durch verlängerte Reaktionszeiten aber
ausgeglichen werden konnte.
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Die Phenolether erhält man durch Umsetzung von endständigen Dihalogenalkanen
mit den Phenolen, die dann in die Disulfide umgewandelt werden. Hier war das
Hauptproblem die Wahl der richtigen Kettenlänge. Die erste Wahl bei der Synthese
fiel auf 1,2-Dibromethan, da das entstehende Disulfid nur wenig länger wäre als das
Pentamidin. Während der Synthesen stellte sich aber das intermediär gebildete
Phenoxyethylmercaptan als so instabil heraus, daß 1-Brom-3-chlorpropan als
Alkylkomponente gewählt wurde. Auf diese Weise konnte Di-(4-carboxamidylphenoxypropyl)-disulfid hergestellt werden.
+
Cl NH2
H2N
O
S
S
O
NH2
+
NH2 Cl
Abb. 92: Di-(4-Carboxamidylphenoxypropyl)-disulfid Die
Bindungseigenschaften
der hergestellten
Biskationen
wurden
in
DNS-
Schmelzexperimenten mit zwei verschiedenen DNS-Doppelsträngen untersucht.
Gute Binder sollten zu einer Erhöhung der Schmelztemperatur führen. Bei diesen
Experimenten stellten sich p-Cystguanidin E, p-Cystamidin E und als beste
Binder heraus. zeigte hingegen nur einen geringen Effekt.
R
H
N
O
R=
O
S
S
Cl H2N
+
N
H
R
Cl H2N
+
NH2
E
NH2
E
N
H
Abb. 93: Gute DNS-Binder
In Verhältnissen von weniger als vier Äquivalenten Bisligand zu doppelsträngiger
DNS scheint die Bindung sequenzspezifisch zu sein. Eine solche AATT-Abhängigkeit
ist für Liganden vom Pentamidintyp bekannt.
Nachdem die Schmelzexperimente positive Ergebnisse gebracht haben, wurden die
kationische Lipide D, E und hergestellt. Diese Moleküle basieren auf Estern
.DSLWHO
des L-Cystins mit langkettigen Alkoholen. Die positive Ladung wird über
Guanidylaminosäuren eingebracht.
O O
H
N
H2N
O R
n
1
2
2
N
H
n
+
NH2
S
2
R
C16H33
C16H33
C18H33
Nr.
D
E
Abb. 94: Hergestellte kationische Lipide auf Basis von L-Cystin
Amide des Cystins mit langkettigen Alkylaminen konnten nicht weiter acyliert werden.
Alternativ wurden orthogonal geschützte Moleküle hergestellt, die in Zukunft weiter
umgesetzt werden können.
Eine zweite Klasse lipophiler Biskationen entstand durch Verwendung von
langkettigen Alkylaminen im Laufe der Pinner-Reaktion, mit der die auf Cystamin
basierenden Modellverbindungen hergestellt wurden.
HN
Cl H2N
R
R
C12H25
C16H33
C18H37
+
H
N
O
S
Nr.
D
E
F
2
Abb. 95: Kationische Lipide auf Basis von Cystamin
Die hergestellten Lipide werden zur Zeit in der Tumorbiologie Freiburg auf ihre
Transfektionsfähigkeit hin untersucht. Von den Ergebnissen wird abhängen, ob die
hergestellten kationischen Lipide eine Erweiterung der bisherigen Vektoren
darstellen. Kationische Lipide werden auch in Zukunft interessant bleiben und haben
noch ein großes Potential gegenüber den viralen Vektoren aufzuholen.
Aufbauend auf den Erfahrungen mit der Schwefelchemie, sollten Dithiole hergestellt
werden, die in selbstoptimierenden Systemen Verwendung finden können. Bei
selbstoptimierenden Systemen handelt es sich um dynamische kombinatorische
Bibliotheken, deren Zusammensetzungen durch Zugabe eines Liganden oder
Rezeptors beeinflußt werden. Alternativ können auch nach der Synthese Mutationsund Selektionsrunden
durchgeführt
werden.
Voraussetzung
für
dynamische
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Bibliotheken ist eine reversible Verknüpfungschemie. Der Thiol-Disulfid-Austausch
soll die bereits verwendeten Reaktionen ergänzen.
In dieser Arbeit sollten Polyphenole genutzt werden, um Grundkörper aufzubauen,
die zwei Thiolgruppen tragen und eine weitere Funktionalität besitzen, die als
Erkennungsstelle dient. Da die Synthesen mit dem bereits erwähnten 1,2Dibromethan durchgeführt wurden, führten die Umsetzungen nicht zum Erfolg. Es
wurden nur die Grundkörper hergestellt, die in Zukunft z.B. mit 1-Brom-3-chlorpropan
zu den gewünschten Molekülen umgesetzt werden können.
Auch für die selbstoptimierenden Systeme sollten Bausteine auf Amidbasis zum
Einsatz kommen. Aufgrund der Reaktivität der Säurechloride sollten hier jedoch
geschützte Thiole anstelle von Cystamin oder Dithiodiglykolsäure zum Einsatz
kommen. Einen idealen Baustein, um die 2-Mercatoacetylgruppe einzuführen, stellt
das 2-S-Acetylmercaptoacetylchlorid dar. Diese ist leicht zugänglich und kann
unter milden Bedingungen zum Thiol entschützt werden.
Zum Einbringen von Cystamin bietet sich 2-(Pyridin-2-yldisulfanyl)-ethylamin an.
Hier ist das Thiol gleichzeitig geschützt und für den Aufbau unsymmetrischer
Disulfide aktiviert.
O
S
H2N
Cl
S
S
N
O
Abb. 96: Bausteine zum Einführen von Thiolen in Amide
Dynamische kombinatorische Bibliotheken werden in Zukunft die kombinatorischen
Systeme bezüglich der Auswertung vereinfachen. Dabei wird es wichtig sein, die
Palette der verwendbaren Reaktionen zu erweitern, um eine möglichst große
Vielseitigkeit bezüglich der herzustellenden Moleküle zu erreichen.