Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Synthese monodisperser, multifunktionaler Poly(amidoamine) (PAAs). Die Klasse der PAAs ist besonders interessant für eine Anwendung im Bereich der Biomedizin, da sie meist nicht toxisch ist, eine sehr geringe Immunogenizität zeigt und eine erhöhte Zellmembranpermeabilität besitzt. Allerdings ist der Einsatz linearer PAAs bisher limitiert, da ihre Synthese nur den Zugang von hoch-polydispersen Systemen mit einer streng alternierenden oder statistischen Verteilung von Funktionalitäten erlaubt. Es ist daher von großem Interesse diese Polymerklasse durch die Möglichkeit eines sequenzdefinierten Aufbaus und der Integration von neuen Funktionalitäten zu verbessern. Um dies zu ermöglichen, wurden, vergleichbar mit der etablierten Festphasensynthese von Peptiden, schrittweise funktionale Disäure- und Diamin-Bausteine an ein polymeres Träger-Harz addiert. Der sequenzielle Aufbau ermöglicht die Synthese monodisperser PAAs und die Kontrolle über die Monomersequenz. Die Wahl der Monomer-Bausteine und ihrer Funktionalitäten kann dabei für jede Addition neu getroffen werden und entscheidet so über die Sequenz der Funktionalitäten im Polymerrückgrat. Die verwendete Chemie entspricht dabei der Standardpeptidchemie, so dass mit Hilfe eines Peptidsynthese-Automaten die Synthese vollständig automatisiert werden konnte. Die Verwendung spezieller Trägerharze, die bereits mit einem synthetischen Polymerblock wie PEO oder auch mit einem Peptid vorbeladen waren, erlaubt die direkte Synthese von PEO- und Peptid-PAA Blockcopolymeren. Da die hier dargestellten PAAs später auf ihre Eignung als multivalente Polykationen in der Gentherapie getestet werden sollten, wurden zunächst Bausteine gewählt, die den Einbau verschiedener Aminfunktionalitäten ermöglichen. Die Bausteine müssen dabei so gewählt sein, dass sie kompatibel sind mit der Chemie des Peptidsynthesizers und eine quantitative Addition ohne Neben- oder Abbruchreaktionen garantieren. Darüber hinaus ist der Einbau von Peptidsequenzen und Disulfid-Einheiten in die PAA-Kette möglich, die z. B. für einen selektiven Abbau des Polymers im Organismus genutzt werden können. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die in dieser Arbeit vorgestellten PAA-Systeme großes Potenzial als nicht-virale Vektoren für die Gentransfektion bieten. Sie sind nicht toxisch und zeigen Zellaufnahme-Effizienzen von bis zu 77%. Die Gentransfereffizienz ist im Vergleich zu etablierten Polymer-Vektoren zwar noch sehr gering, aber die bisherigen Versuche zeigen bereits eine mögliche Ursache, nämlich die schlechte Freisetzung des Genmaterials innerhalb der Zelle. Eine Lösung dieses Problems bietet jedoch die weitere Modifizierung der PAA-Systeme durch den Einbau von Sollbruchstellen. Diese Sollbruchstellen ermöglichen einen programmierten Abbau des Polymers innerhalb der Zelle und damit sollte die Freisetzung des Genmaterials vom Träger deutlich erleichtert werden. Mögliche Bruchstellen sind z. B. enzymatisch gezielt spaltbare Peptideinheiten oder Disulfid-Einheiten, wie sie bereits als Bausteine für die PAA-Synthese vorgestellt wurden (vergl. Kapitel 4.4). Da nur innerhalb der Zelle ein reduzierendes elektrochemisches Potential besteht, werden z. B. Disulfid-Einheiten auch nur dort gespalten und bieten außerhalb der Zelle ausreichende Stabilität zum Erhalt der Polyplexstruktur. Neben einer Anwendung in der Gentherapie bieten die hier vorgestellten PAA-Systeme den Vorteil einer systematischen Untersuchung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen der Polyplexe. Es wurden verschiedene Zusammenhänge zwischen der chemischen Struktur der PAA-Segmente und der Art und Stärke der DNS-Komprimierung aufgezeigt. Die Komprimierungsstärke wiederum zeigte deutlichen Einfluss auf die Internalisierungsrate und damit auch Transfektionseffizienz. Darüber hinaus zeigte sich ein drastischer Einfluss des PEO-Blocks auf die Stabilisierung der Polyplexe sowie deren intrazelluläre Freisetzung bei Zusatz von Chloroquin. Dennoch bleiben aufgrund der Komplexität der Zusammenhänge noch viele Mechanismen der Transfektion unverstanden, und es muss Aufgabe folgender Arbeiten sein, das Potential der hier eingeführten monodispersen PAA-Systeme weiter auszuloten. So wäre z. B. eine Korrelation der Kettenlänge mit den Parametern der Polyplexbildung, der Zellaufnahme und Transfektionseffizienz von großem Interesse. Darüber hinaus bietet der Einbau von Sollbruchstellen wie kurzen Peptidsequenzen oder den hier bereits eingeführten Disulfid-Einheiten neue Möglichkeiten der gezielten Freisetzung und des programmierten Abbaus, die näher untersucht werden müssen. Neben der Anwendung im Bereich der Gentransfektion sind außerdem andere Gebiete für den Einsatz von monodispersen multifunktionalen PAAs denkbar, da diese kontrollierbare und einstellbare Wechselwirkungen ermöglichen. / Recently, linear poly(amidoamine)s (PAAs) have received considerable attention due to their excellent biocompatibility and ease of synthesis.[1] PAAs are multifunctional polymers, which often exhibit low inherent immunogenicity and reduced cyto- as well as hemotoxicity in contrast to established, cationic polymers such as poly(ethylene imines) (PEI) or poly(L-lysines) (PLL).[2] This makes PAAs highly suitable for biomedical and pharmacological applications in the fields of drug and gene delivery.[1,2] However, the full potential of these polymers cannot be accessed since the synthesis proceeds via an uncontrolled polyaddition reaction leading to ill-defined products with Mw/Mn ≥ 2. This does not only make rational design of polymer properties and the precise positioning of functionalities along the polymer backbone difficult, furthermore product registration becomes complicated because legislation requires increasingly more defined products. Here we present a novel synthesis route towards multifunctional, sequence-defined polyamides.[3] A fully automated, solid-phase polymer synthesis was developed and utilized to obtain linear PAA segments. These exhibit no molecular weight or chemical distributions due to their monodispersity (Mw/Mn = 1) and their controlled monomer sequence. The compatibility of the PAA-synthesis with the standard Fmoc/tBu solid-phase supported peptide synthesis has been preserved, making this route a versatile approach to peptide-PAA (Pep-PAA) and poly(ethylene oxide)-PAA (PEO-PAA) conjugates. Several Pep-PAA and PEO-PAA conjugates were synthesized, exhibiting PAA segments with different cationic functionalities. These conjugates were analyzed concerning their cytotoxicity showing very promising results. Additionally their potential to complex plasmid-DNA and to form so-called polyplexes for non-viral gene delivery was tested. A strong relationship between the monomer sequence and the polyplex structure was observed, depending on the balance and total amount of tertiary, secondary and primary amine functionalities within the PAA-segment. Moreover the monomer sequence has a strong influence on the biological properties such as the cell-internalization of polyplexes as well as the transfection activity. This clear correlation between the chemical assembly and the resulting biological properties may help to further the understanding of the mechanisms of gene delivery by polymeric carriers and hence to promote the rational design of better suited systems. Even if the transfection activity for the PAA-polpylexes might still be not comparable to the established “gold standard” PEI, their low level of toxicity and the possibility to improve the system by adjusting the monomer sequence shows great potential as carrier systems in drug or gene delivery.

Les glioblastomes sont des tumeurs cérébrales très agressives présentant une médiane de survie de 15 mois malgré l’usage du traitement de référence. Parmi les stratégies innovantes anti-glioblastome, les microARNs (miARN) constituent de nouvelles cibles et des outils thérapeutiques à fort potentiel. En outre, pour atteindre les cellules tumorales notamment au niveau loco-régional, les miARNs nécessitent d’être administrés grâce à des vecteurs sûrs et efficaces. L’objectif de ce travail a été de développer un système nanoparticulaire original de polyamidoamine réticulé (PAA) capable de véhiculer des miARNs au niveau cellulaire et tissulaire. Dans un premier temps, un test basé sur l’expression de la luciférase a été mis au point afin d’étudier la cytotoxicité et l’efficacité de nanoparticules des miARNs. Dans un second temps,des nanoparticules PAA-miARN ont été développées. Différentes conditions de formulation ont été testées afin d’optimiser la complexation entre miARNs et polymères. En l’absence d’efficacité cellulaire significative des premiers objets obtenus, des modifications du procédé de formulation ont été apportées, permettant une plus grande stabilité et une meilleure efficacité. Une fonctionnalisation par greffage de groupements biotine à des complexes PAA thio-réticulés a amélioré l’efficacité des internalisations. En conclusion, ce travail a permis le développement d’une méthode simple et rapide pour l’évaluation de l’efficacité et de la cytotoxicité de nanoparticules de miARN. La stabilité des nanoparticules a été augmentée par réticulation de thiolet leur internalisation a été améliorée par le greffage,adapté et modulable, d’un ligand cellulaire. / Glioblastoma are aggressive brain tumours with a median survival of 15 months even with the best currently available treatment options. microRNAs (miRNA) are ~23 nucleotide natural silencing RNAs that have great potentials to improve cancer treatment outcomes. Lack of a safe, stable and efficient delivery system has, however, hindered the use of miRNAs inclinical applications. The aim is therefore to develop amiRNA delivery system adapted to glioblastoma using linear chain cationic polyamidoamine (PAA) polymers.The first part involved the development of luciferase assay that combined the measurement of gene-knockdown efficiency and cytotoxicity of miRNA nanoparticles. The simple two-step procedure was more effective and sensitive compared to the conventional protein-based normalization method. The second part was focused on the development of miRNA nanoparticles. In the initial phase, conditions required for maximum miRNA-polymer binding was achieved, however, the newly developed miRNA-PAA nanoparticlesdid not produce significant functional gene-knockdown after cell treatment. The second stage was focused on the optimization of nanoparticle formulation as a function of stability in physiologicalionic concentration. Stable PAA-nanoparticles displaying moderate cellular uptake and gene-knockdown were obtained. The final stage of development was focused on PAA-nanoparticle tagging with biotin, which improved their cellular uptake. This work developed simple and informative luciferase assay ; the stability of miRNA-PAA-nanoparticles was improved by thiol-crosslinking and the functional performance was strongly enhanced by a simple butsmart method of ligand tagging.

(Metallo-)Dendrimers in Catalysis, Nanoparticle Stabilization and Biological Application Technische Universität Chemnitz, Fakultät für Naturwissenschaften Dissertation 2011, 165 Seiten Die vorliegende Dissertationsschrift befasst sich mit der Darstellung, Charakterisierung und Anwendung neuartiger (Metallo-)Dendrimere. Den Schwerpunkt der Arbeit bildet dabei die terminale Funktionalisierung (Poly)amidoamin-basierender Dendrimere kleiner Generationen. Durch Standardpeptid-Knüpfungsreaktionen von 1,1´-(Diphenylphosphino)ferrocen-carbonsäure an dendritische (Poly)amidoamine ist eine Serie entsprechend funktionalisierter Metallodendrimere zugänglich. Die metallorganischen, Dendrimer-immobilisierten Engruppen können durch Zugabe von [Pd(3-C3H5)Cl]2 in heterobimetallische Übergangsmetallkomplexe umgewandelt werden und finden Einsatz als katalytisch aktive Systeme in C,C-Kreuzkupplungsreaktionen nach Heck. Ein weiterer Gegenstand der Arbeit ist die terminale Modifikation von (dendritischen) Ami-nen mit (Sp)-2-(Diphenylphosphino)ferrocen-1-carbonsäure. Nach erfolgter Umsetzung mit [Pd(3-C3H5)Cl]2 werden die erhaltenen planar-chiralen Verbindungen als Katalysatoren in asymmetrischen allylischen Substitutionsreaktionen eingesetzt. Ferner ist die Darstellung (Oligo)ethylenglykolether-terminierter (Poly)amidoamin-Dendrimere beschrieben. Diese werden als Stabilisatoren zur in-situ Generierung von Gold- sowie Magnetit-Nanopartikeln eingesetzt. Der Einfluss der dendritischen Template auf die Kolloidgrößen und Morphologien sowie die Eigenschaften der gebildeten Hybridmaterialien werden aufgezeigt. Darüber hinaus befasst sich die Arbeit mit der Verwendung biokompatibler (Oligo)ethylenglykolether-Dendrimere als Wirkstoffträger für Zytostatika bei der Krebsthera-pie. Die im Rahmen von in vitro Untersuchungen erhaltenen Ergebnisse werden präsentiert.

Dendrimerai tai naujai dendritinių polimerų klasei priskiriamos makromolekulės. Jų dydis, funkcinių grupių skaičius yra tiksliai apibrėžti ir gali būti kontroliuojami sintezės metu. Dėl išskirtinių struktūrinių savybių, dendrimerai jau keletą dešimtmečių yra intensyviai tyrinėjamos medžiagos. Pagrindinis disertacijos tikslas yra ištirti PPI ir PAMAM dendrimerų, funkcionalizuotų CAzPA ir ESA fotochrominiais junginiais optines savybes bei šviesa inicijuotų fotocheminių reakcijų dinamiką panaudojus kelias tyrimų metodikas. Kadangi CAzPA ir ESA junginių fotochromizmas yra susijęs su šviesa indukuota izomerizacijos bei tautomerizacijos fotocheminėmis reakcijomis, todėl darbe buvo siekiama ištirti šiais junginiais funkcionalizuotų dendrimerų dinaminių savybių priklausomybę nuo dendrimero tipo bei jo generacijos. Ištyrus PPI ir PAMAM dendrimerų funkcionalizuotų CAzPA junginiais plėvelių ir tirpalų dinamines savybes, buvo nustatyta, kad izomerizacijos sparta nepriklauso nuo dendrimero tipo, tirpiklio ir žadinančios spinduliuotės energijos. Dendrimerų plėvelių sužadintos būsenos relaksacijos trukmė yra apie 15 ps, o tai apie 7 kartus lėčiau nei tirpaluose. Eksperimentiškai ir teoriškai ištyrus skirtingų generacijų PPI dendrimerų funkcionalizuotų ESA fotochrominiais junginiais optines savybes, buvo nustatytos keturios stabilios ESA funkcinių grupių tautomerinės formos, kurių pagrindinės būsenos energijos yra skirtingos. Skirtingų dendrimero generacijų sužadintos būsenos dinamikos... [toliau žr. visą tekstą] / Dendrimers are multivalent, well-defined materials that constitute a new class of polymer macromolecules. They have been extensively studied over the past several decades mainly due to their exceptional structure properties. The size of molecule, number of terminal groups, molecular weight and several other properties of dendrimers could be precisely controlled during synthesis. The main goal of this thesis is to investigate the optical properties and light induced photochemical reaction dynamics within the PPI and PAMAM dendrimers functionalized by CAzPA and ESA type terminal groups by means of several spectroscopic techniques. Because photochromism of CAzPA and ESA type terminal groups is associated with light induced isomerization and tautomerization photochemical reactions, the main attention of present thesis was devoted to investigate dynamical properties of functionalized dendrimers as an influence of dendrimer type and its generation. Investigations of dynamic properties of PPI and PAMAM dendrimers functionalized with the CAzPA terminal groups have shown that isomerization rate is insensitive to dendrimer type, solvent and excitation wavelength. The isomerization rate of the dendrimer films take place in about 15 ps and it is only seven times slower than in dendrimer solvent. Both experimental and theoretical optical studies performed on PPI dendrimers functionalized with the ESA type terminal groups reveal four stable tautomeric forms with different energy in the... [to full text]

Dendrimers are multivalent, well-defined materials that constitute a new class of polymer macromolecules. They have been extensively studied over the past several decades mainly due to their exceptional structure properties. The size of molecule, number of terminal groups, molecular weight and several other properties of dendrimers could be precisely controlled during synthesis. The main goal of this thesis is to investigate the optical properties and light induced photochemical reaction dynamics within the PPI and PAMAM dendrimers functionalized by CAzPA and ESA type terminal groups by means of several spectroscopic techniques. Because photochromism of CAzPA and ESA type terminal groups is associated with light induced isomerization and tautomerization photochemical reactions, the main attention of present thesis was devoted to investigate dynamical properties of functionalized dendrimers as an influence of dendrimer type and its generation. Investigations of dynamic properties of PPI and PAMAM dendrimers functionalized with the CAzPA terminal groups have shown that isomerization rate is insensitive to dendrimer type, solvent and excitation wavelength. The isomerization rate of the dendrimer films take place in about 15 ps and it is only seven times slower than in dendrimer solvent. Both experimental and theoretical optical studies performed on PPI dendrimers functionalized with the ESA type terminal groups reveal four stable tautomeric forms with different energy in the... [to full text] / Dendrimerai tai naujai dendritinių polimerų klasei priskiriamos makromolekulės. Jų dydis, funkcinių grupių skaičius yra tiksliai apibrėžti ir gali būti kontroliuojami sintezės metu. Dėl išskirtinių struktūrinių savybių, dendrimerai jau keletą dešimtmečių yra intensyviai tiriamos medžiagos. Pagrindinis disertacijos tikslas yra ištirti PPI ir PAMAM dendrimerų, funkcionalizuotų CAzPA ir ESA fotochrominiais junginiais optines savybes bei šviesa inicijuotų fotocheminių reakcijų dinamiką panaudojus kelias tyrimų metodikas. Kadangi CAzPA ir ESA junginių fotochromizmas yra susijęs su šviesa indukuota izomerizacijos bei tautomerizacijos fotocheminėmis reakcijomis, todėl darbe buvo siekiama ištirti šiais junginiais funkcionalizuotų dendrimerų dinaminių savybių priklausomybę nuo dendrimero tipo bei jo generacijos. Ištyrus PPI ir PAMAM dendrimerų funkcionalizuotų CAzPA junginiais plėvelių ir tirpalų dinamines savybes, buvo nustatyta, kad izomerizacijos sparta nepriklauso nuo dendrimero tipo, tirpiklio ir žadinančios spinduliuotės energijos. Dendrimerų plėvelių sužadintos būsenos relaksacijos trukmė yra apie 15 ps, o tai apie 7 kartus lėčiau nei tirpaluose. Eksperimentiškai ir teoriškai ištyrus skirtingų generacijų PPI dendrimerų funkcionalizuotų ESA fotochrominiais junginiais optines savybes, buvo nustatytos keturios stabilios ESA funkcinių grupių tautomerinės formos, kurių pagrindinės būsenos energijos yra skirtingos. Skirtingų dendrimero generacijų sužadintos būsenos dinamikos... [toliau žr. visą tekstą]

Cette thèse porte sur la conception d'hydrogels injectables pouvant être utilisés en chirurgie mini-invasive, par exemple en dissection endoscopique sous-muqueuse (ESD) ou en réparation de hernie.Les polyamidoamines (PAAm) constituent une classe d'hydrogel intéressante à ces fins. Après avoir étudié les différents facteurs qui affectent leurs propriétés, nous montrons qu'il est également possible d'obtenir des microgels à base de PAAm pour la délivrance de médicaments ou l'encapsulation de cellules. Il est possible de synthétiser des PAAm dégradables qui peuvent être injectés dans la sous-muqueuse de l'estomac pour la ESD.Nous avons montré que les hydrogels hybrides alginate / PAAm peuvent être utilisés pour le traitement percutané de la hernie inguinale directe et des crèmes à base d'hydrogel ont été préparées pour être utilisées pour le colmatage des fistules. Le dernier chapitre de la thèse est consacré à la réticulation de l'acide hyaluronique pour la chirurgie esthétique. / This thesis deals with the design of injectable hydrogels that can be used in minimally invasive surgery, such as endoscopic submucosal dissection (ESD), percutaneous hernia repair or fistulas closure.Polyamidoamines (PAAm) constitute a class of hydrogel of special interest for these purposes. After studying the different factors that affect their properties, we show that it is also possible to obtain PAAM-based microgels for applications in drug delivery or cell encapsulation.It is possible to synthesize redox-responsive nanocomposite degradable PAAm that can be injected into the submucosa of the stomach to facilitate the ESD.We show that hybrid alginate/PAAm hydrogels can be used for the percutaneous treatment of direct inguinal hernia and hydrogel-based creams have been prepared for use in fistulas closure. The last chapter of the thesis is devoted to the development of a new crosslinking strategy for hyaluronic acid in cosmetic surgery.

Le cancer est la principale cause de mortalité au Canada. Les taxanes (e.g. le paclitaxel et le docétaxel (DCTX)) constituent des remèdes efficaces contre une série de tumeurs solides telles que les cancers du sein, du poumon et de l’ovaire. Par ailleurs, des acides nucléiques (e.g. les oligonucléotides antisens (AON) ou les petits ARN interférents (siRNAs)), capables de supprimer sélectivement certains oncogènes impliqués dans la carcinogénèse, sont actuellement étudiés pour traiter une large gamme de cancers. Bien que l’activité des taxanes et des acides nucléiques soit bien établie sur des modèles humains et/ou animaux, plusieurs aspects physico-chimiques et cliniques restent encore à améliorer. Leur solubilité limitée (pour les taxanes), leur dégradation rapide dans le sang (pour les acides nucléiques), leur élimination précoce, leur absence de sélectivité et leur toxicité envers les tissus sains sont les principaux facteurs limitant leur efficacité. C’est pourquoi de nombreux efforts ont porté sur l’élaboration de systèmes de vectorisation ciblés à base de polymères, dans le but de surmonter les problèmes associés aux thérapies actuelles. Dans cette thèse, deux types de micelles polymères ont été développés pour la vectorisation de DCTX et d’acides nucléiques. D’une part, des micelles de poly(oxyde d’éthylène)-bloc-poly(oxyde de butylène/styrène) ont été étudiées pour la première fois pour solubiliser le DCTX et le protéger de l’hydrolyse. Ces polymères se sont révélés moins toxiques que le surfactant utilisé commercialement pour solubiliser le DCTX (i.e. polysorbate 80) et ont permis une libération prolongée du principe actif. D’autre part, deux systèmes différents de micelles polyioniques (PICM) ont été mis au point pour la vectorisation d’acides nucléiques. De nouveaux conjugués de poly(éthylène glycol) (PEG)-oligonucléotide ont été proposés pour la protection et la libération contrôlée d’AON. Lorsque ces conjugués ont été formulés avec des dendrimères de poly(amidoamine) (PAMAM), des complexes de taille homogène ont été obtenus. Ces PICM ont permis de prolonger la libération de l’AON et de le protéger efficacement contre la dégradation enzymatique. De plus, des polymères de poly(oxyde d’éthylène)-bloc-poly(méthacrylate de propyle-co-acide méthacrylique) ont été incorporés afin de conférer des propriétés acido-sensibles aux PICM. Dans ces micelles, formées de ce dernier polymère formulé avec le dendrimère PAMAM, des oligonucléotides (AON et siRNA) ciblant l’oncogène Bcl-2 ont été encapsulés. L’internalisation cellulaire fut assurée par un fragment d’anticorps monoclonal (Fab’) situé à l’extrémité de la couronne de PEG. Après l’internalisation cellulaire et la protonation des unités d’acide méthacrylique sous l’effet de l’acidification des endosomes, les micelles se sont affranchies de leur couronne. Elles ont ainsi exposé leur cœur composé d’acide nucléique et de dendrimère PAMAM, qui possède une charge positive et des propriétés endosomolytiques. En effet, ces PICM acido-sensibles ciblées ont permis d’augmenter la biodisponibilité des acides nucléiques vectorisés et se sont avérées plus efficaces pour silencer l’oncoprotéine Bcl-2 que les micelles non ciblées ou que le dendrimère de PAMAM commercial seul. Finalement, les nanovecteurs polymères présentés dans cette thèse se révèlent être des systèmes prometteurs pour la vectorisation des anticancéreux et des acides nucléiques. / Cancer is considered as the leading cause of premature death in Canada. Taxanes (e.g. paclitaxel and docetaxel (DCTX)) are effective against a range of solid tumors including breast, lung, and ovarian malignancies. In addition, nucleic acids (e.g. antisense oligonucleotides (AON) and short interfering RNA (siRNA)) which are capable of selectively suppressing oncogenes involved in carcinogenesis are currently being investigated for the treatment of a wide variety of cancers. Although the activity of taxanes and nucleic acid drugs is well-established in human and/or animal models, several physicochemical and clinical issues still need to be addressed. Low aqueous solubility (i.e. taxanes), rapid degradation in the blood (i.e. nucleic acids), fast clearance, non-selectivity and toxicity to normal tissues are limiting factors to their effectiveness. Hence, many efforts have been focused on developing targeted polymeric delivery systems to overcome the problems associated with the current therapies. In this thesis, two types of polymeric micelles have been developed for the delivery of DCTX and nucleic acids. On the one hand, poly(ethylene oxide)-block-poly(butylene oxide/styrene oxide) micelles were tested for the first time to solubilize and protect DCTX from hydrolytic degradation. The polymers showed less toxicity than the surfactant used commercially to dissolve DCTX (i.e. polysorbate 80) and released the drug in a sustained fashion. On the other hand, two different systems of polyion complex micelles (PICM) were developed for the sustained release and intracellular delivery of nucleic acids. Novel poly(ethylene glycol) (PEG)-oligonucleotide conjugates were assessed to protect AON against degradation and release them in a sustained manner. When these conjugates were mixed with poly(amidoamine) (PAMAM) dendrimers, monodisperse PICM were formed. These PICM further slowed down AON release and significantly protected it against enzymatic degradation. In addition, the incorporation of poly(ethylene oxide)-block-poly(propyl methacrylate-co-methacrylic acid) was exploited to impart pH-sensitivity to PAMAM-based PICM. This system was composed of the previous copolymer mixed with PAMAM dendrimer. Such PICM were loaded with AON or siRNA targeting the Bcl-2 oncogene. Micelles uptake by the cancer cells was mediated by a monoclonal antibody fragment (i.e. Fab') positioned at the extremity of the PEG corona. Upon cellular uptake and protonation of the methacrylic acid units in the acidic endosomal environment, the micelles lost their corona, thereby exposing their positively-charged endosomolytic PAMAM/nucleic acid core. The targeted, pH-sensitive PICM were found to increase the intracellular bioavailability of the entrapped nucleic acids and knock down the Bcl-2 oncoprotein more than either non-targeted micelles or commercial PAMAM dendrimers. The polymeric nanocarriers reported in this thesis appear to be promising vehicles for the delivery of anticancer drugs and nucleic acids.

(Metallo-)Dendrimers in Catalysis, Nanoparticle Stabilization and Biological Application Technische Universität Chemnitz, Fakultät für Naturwissenschaften Dissertation 2011, 165 Seiten Die vorliegende Dissertationsschrift befasst sich mit der Darstellung, Charakterisierung und Anwendung neuartiger (Metallo-)Dendrimere. Den Schwerpunkt der Arbeit bildet dabei die terminale Funktionalisierung (Poly)amidoamin-basierender Dendrimere kleiner Generationen. Durch Standardpeptid-Knüpfungsreaktionen von 1,1´-(Diphenylphosphino)ferrocen-carbonsäure an dendritische (Poly)amidoamine ist eine Serie entsprechend funktionalisierter Metallodendrimere zugänglich. Die metallorganischen, Dendrimer-immobilisierten Engruppen können durch Zugabe von [Pd(3-C3H5)Cl]2 in heterobimetallische Übergangsmetallkomplexe umgewandelt werden und finden Einsatz als katalytisch aktive Systeme in C,C-Kreuzkupplungsreaktionen nach Heck. Ein weiterer Gegenstand der Arbeit ist die terminale Modifikation von (dendritischen) Ami-nen mit (Sp)-2-(Diphenylphosphino)ferrocen-1-carbonsäure. Nach erfolgter Umsetzung mit [Pd(3-C3H5)Cl]2 werden die erhaltenen planar-chiralen Verbindungen als Katalysatoren in asymmetrischen allylischen Substitutionsreaktionen eingesetzt. Ferner ist die Darstellung (Oligo)ethylenglykolether-terminierter (Poly)amidoamin-Dendrimere beschrieben. Diese werden als Stabilisatoren zur in-situ Generierung von Gold- sowie Magnetit-Nanopartikeln eingesetzt. Der Einfluss der dendritischen Template auf die Kolloidgrößen und Morphologien sowie die Eigenschaften der gebildeten Hybridmaterialien werden aufgezeigt. Darüber hinaus befasst sich die Arbeit mit der Verwendung biokompatibler (Oligo)ethylenglykolether-Dendrimere als Wirkstoffträger für Zytostatika bei der Krebsthera-pie. Die im Rahmen von in vitro Untersuchungen erhaltenen Ergebnisse werden präsentiert.:Table of Contents Bibliografische Beschreibung und Referat ii Selbstständigkeitserklärung iii Table of Contents vii List of Abbreviations xi Präambel xvi A Introduction 1 1. Dendrimers 1 2. Nanomaterials 4 3. References 7 B State of Knowledge 12 1. Dendrimers 12 1.1. Synthesis and Characterization 12 1.2. Functional Dendrimers 15 2. Characterization Techniques for Dendrimer-Nanomaterial Assemblies 24 3. Motivation 26 4. References 27 C Amidoamine-based Dendrimers with End-grafted Pd-Fe Units: Synthesis, Characterization and Their Use in the Heck Reaction 34 1. Introduction 34 2. Results and Discussion 35 2.1. Synthesis of Amidoamine Dendrimers 35 2.2. Synthesis of Metallo- and Selenium-Phosphine Amidoamine Dendrimers 36 2.3. Catalysis with Heterobimetallic Iron-Palladium Amidoamine Dendrimers 39 3. Conclusions 41 4. Experimental 42 4.1. Materials and Methods 42 4.2. Preparation of 2 43 4.3. Preparation of 9-Fe 43 4.4. Preparation of 5-Fe-Pd 44 4.5. Preparation of 6-Fe-Pd 44 4.6. Preparation of 7-Fe-Pd 45 4.7. Preparation of 8-Fe-Pd 46 4.8. Preparation of 9-Fe-Pd 46 4.9. Preparation of 5-Fe-Se 47 4.10. Preparation of 9-Fe-Se 48 4.11. General Procedure for the Heck-Reaction 48 5. Acknowledgement 49 6. References 49 D A Preparation of Planar-Chiral Multidonor Phosphanyl-Ferrocene Carboxamides and Their Application as Ligands for Palladium-Catalyzed Asymmetric Allylic Alkylation 52 1. Introduction 52 2. Results and Discussion 53 2.1. Syntheses and Characterization 53 2.2. Solid-State Structure of (Sp)–2 55 2.3. Catalytic Tests 57 3. Conclusions 58 4. Experimental 59 4.1. Materials and Methods 59 4.2. Preparation of Simple Amides. A General Procedure 59 4.3. Preparation of 6 61 4.4. Preparation of (Sp,Sp)–4 61 4.5. Preparation of 7 62 4.6. Preparation of (Sp,Sp,Sp)–5 62 4.7. Asymmetric Allylic Alkylation. A General Procedure 63 4.8. X-ray Crystallography 63 5. Acknowledgements 64 6. References 64 E Au Nanoparticles Stabilized by PEGylated Low-Generation PAMAM Dendrimers: Design, Characterization and Properties 68 1. Introduction 68 2. Materials and Methods 69 2.1. Synthesis of Stabilizers 69 2.2. Preparation Procedure for Gold Nanoparticles 70 3. Results and Discussion 70 3.1. Dendritic Stabilizers 70 3.2. Dendritic Stabilized Gold Nanoparticles 72 3.3. Physical and Chemical Characterization 73 4. Conclusion 79 5. Acknowledgement 80 6. Supplementary Material 80 7. References 80 F Design, Characterization and Magnetic Properties of Fe3O4-Nanoparticle Arrays Coated with PEGylated-Dendrimers 86 1. Introduction 86 2. Materials and Methods 88 2.1. Materials and Instruments 88 2.2. Synthesis Procedure for Fe3O4 Nanoparticles 89 3. Results and Discussion 91 3.1. Preparation and Characterization of Dendrimer-Surfaced Fe3O4 Nanoparticles 91 3.2. Magnetic Characterization of Dendrimer-Coated Fe3O4 Nanoparticles 96 4. Conclusion 99 5. Acknowledgement 100 6. References 100 G Dendrimer - Doxorubicin Conjugate for Enhanced Therapeutic Effects for Cancer 103 1. Introduction 103 2. Experimental Section 105 2.1. Materials and Methods 105 2.2. Synthesis of OEGylated Poly(amidoamine) Dendrimer 2 106 2.3. Cell Viability Studies 107 2.4. Doxorubicin Loading and Release 107 2.5. In Vitro Cellular Uptake of Dendrimer-DOX Conjugate 109 3. Results and Discussion 109 3.1. Drug Loading and Release 109 3.2. Surface Potential of the Dendrimer-Drug Assembly 110 3.3. Structural Analysis of Dendrimer-DOX Conjugate 111 3.4. In Vitro DOX Release Profile from Dendrimer-Drug Conjugate 114 3.5. Cell Viability Studies of the Dendrimer-DOX Conjugate 117 3.6. Cellular Uptake by the Dendrimer-DOX Conjugate 118 3.7. Protein Adsorption Studies 119 4. Conclusions 119 5. Acknowledgements 120 6. Supplementary Material 120 7. References 121 H Summary 123 1. Summary 123 2. Zusammenfassung 129 Danksagung 136 I Appendix 137 1. Appendix Chapter C 137 2. Appendix Chapter D 139 3. Appendix Chapter E 140 4. Appendix Chapter F 142 5. Appendix Chapter G 144 Lebenslauf 145 Liste der Publikationen, Vorträge und Posterpräsentationen 147 Publikationen 147 Poster 148 Vorträge 149

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Doenças infecciosas parasitárias consideradas negligenciadas representam um grande problema de saúde pública em muitos países e regiões. Os fármacos disponíveis na terapêutica são, em geral, tóxicos e de eficácia discutível. Portanto, a descoberta e o planejamento de novos quimioterápicos são extremamente necessários. Neste contexto, os pró-fármacos dendriméricos podem ser úteis. Porém, é necessário esforço adicional para viabilizar os custos, simplificar as estratégias de síntese e investigar os comportamentos de liberação. Ademais, é importante a melhoria dos métodos analíticos, dos métodos de purificação e identificação dos produtos de síntese, para a determinação das propriedades físico-químicas e atividade biológica, visando à efetiva aplicação desta tecnologia. Face ao exposto, o objetivo deste trabalho foi estudar a identidade, pureza e liberação de dois potenciais pró-fármacos dendriméricos, baseados em 3- hidroxiflavona, planejados para serem ativos em doença de Chagas e leishmaniose. O primeiro, estruturalmente, contendo inositol como núcleo e ramos constituídos por éster da 3- hidroxiflavona com ácido málico e o segundo, estruturalmente contendo o dendrímero PAMAM-G0 (poliamidoamina de geração inicial) como transportador e ácido succínico como espaçante. Desenvolveram-se métodos adequados à determinação da 3-hidroxiflavona por HPLC-UV (Cromatografia líquida de alto desempenho, com detecção no ultravioleta) e MEKC (Cromatografia eletrocinética micelar). Comparando-se esses métodos, o método por HPLC foi mais sensível, preciso e exato na quantificação da 3-hidroflavona, enquanto o método por eletroforese capilar foi mais rápido e de menor custo. O éster da 3-hidroxiflavona com o ácido málico mostrou-se instável em soluções orgânicas, aquosas em diferentes pH e nas condições reacionais de diversas estratégias de síntese avaliadas, o que impediu a obtenção do dendrímero baseado em inositol como núcleo conforme proposto. Já o dendrímero PAMAM-G0 funcionalizado com 3-hidroxiflavona foi sintetizado, purificado e caracterizado com sucesso. Não se observou liberação da 3-hidroxiflavona a partir desse dendrímero em solução gástrica simulada (pH 1,2) e a mesma foi lenta em soluções tampão com pH entre 5,0 e 8,5, a 37,0 ºC. Ensaios de atividade biológica do PAMAM-G0-SUC-3-OH-FLAV em amastigotas de Trypanosoma cruzi, cepas Y(Curitiba) e Y(SS), comparativamente ao benznidazol e ao nifurtimox, mostraram atividade moderada e baixa seletividade. / Infectious parasitoses considered neglected diseases represent a great health problem for many countries and areas. Drugs available in the therapeutics are, generally, toxics and do not have good efficacy. So, the discovery and design of new chemotherapeutic agents are extremely needed. In this context, dendrimeric prodrugs may be useful. However, additional effort is required to make the costs accessible, to simplify the synthetic strategies and to investigate the behavior of cleavage. The improvement of analytical methods, purification methods and identification of synthetic products, in order to determine the physicochemical properties and bioactivity aiming to effectively implement this technology, is also required. Based on foregoing considerations, the objective of this work was to study the identity, purity and drug release of two potential dendrimeric prodrugs, based on 3-hydroxyflavone, designed to be active in leishmaniasis and Chagas disease. The first structurally contains myo-inositol as the core and branches consisting of esters from 3-hydroxyflavone with malic acid. The second structurally contains PAMAM-G0 dendrimer (initial generation polyamidoamine) as carrier and succinic acid as spacer. Suitable analytical methods for determining 3-hydroxyflavone by HPLC-UV (High Performance Liquid Chromatography) and MEKC (Micellar Electrokinetic Chromatography) have been developed. Comparing these methods, HPLC method showed more sensitivity, precision and accuracy in the quantification of 3-hydroxyflavone, while the capillary electrophoresis method was faster and less expensive. The ester of 3-hydroxyflavone with malic acid showed to be unstable in organic and aqueous solutions, at different pH and at reaction conditions of synthetic strategies evaluated, which prevented the obtaining of dendrimer based on mio-isositol as core. Notwithstanding, PAMAM-G0 dendrimer funcionalized with 3- hydroxyflavone was synthesized, purified and characterized successfully. There were no 3- hydroxyflavone releases from this dendrimer in simulated gastric fluid (pH 1.2) and a slow release was observed in buffer solutions with pH between 5.0 and 8.5, at 37.0 ºC. Submitted to biological assays in amastigotes of two strains of T. cruzi, Y(Curitiba) and Y(SS), compared to benznidazole e nifurtimox, PAMAM-G0-SUCC-3-OH-FLAV showed moderated activity and low selectivity index.