Hetero‐Diels‐Alder‐Cycloaddition mit RAFT‐Polymeren als Biokonjugationsplattform

Abstract

Wir stellen die Biokonjugation von Polymeren vor, die durch RAFT-Polymerisation mittels Hetero-Diels-Alder-Cycloaddition durch ihren inhärenten terminalen Thiocarbonylthiorest mit einem dienmodifizierten Modellprotein synthetisiert wurden und keine spezifische funktionelle Endgruppe tragen. Die quantitative Konjugation erfolgt im Verlauf einiger Stunden bei Raumtemperatur und nahezu neutralem pH-Wert und in Abwesenheit jeglichen Katalysators. Unsere Technologieplattform liefert thermoresponsive Biokonjugate, deren Aggregation allein durch die Polymerketten gesteuert wird. Proteine sind essentielle Verbindungen in der modernen Medizin und Biotechnologie. Ihre physikalisch-chemischen Eigenschaften bringen jedoch kritische Einschränkungen mit sich, insbesondere in Bezug auf Lçslichkeit und Stabilität. [1] Eine der wichtigsten Methoden zur Lçsung dieser Probleme beruht auf der Anbindung synthetischer Polymerketten, um so genannte Protein-Polymer-Konjugate (PPK) herzustellen. [2-6] Das bahnbrechende und bisher am häufigsten verwendete Polymer für PPK ist Polyethylenglykol (PEG). Die Verwendung anderer Polymere als PEG ermçglicht jedoch den Zugang zu einem breiteren Eigenschaftsspektrum und kann einige Unzulänglichkeiten von PEG, [7-12] insbesondere seine Immunogenität, [13, 14] umgehen. In diesem Zusammenhang ist die reversible Additionsfragmentierungs-Transfer (RAFT)-Polymerisation eine der leistungsfähigsten synthetischen Techniken, um auf Makromoleküle mit definierter Kettenlänge und (Endgruppen-)Funktionalität zuzugreifen. [15-17] Eine der Methoden zur Erzielung von PPK auf RAFT-Basis besteht darin, ein Ende des synthetischen Polymers mit einem oder mehreren Resten auf der Proteinoberfläche reagieren zu lassen. Normalerweise wird hierzu das reaktive Ende des RAFT-Polymers durch das reinitiierende Fragment-die so genannte R-Gruppe-eines speziell entwickelten Kettenübertragungsmittels (CTA) eingeführt. [12] Die RAFT-Hetero-Diels-Alder-Cycloaddition (RAFT-HDA) wurde vor etwa einem Jahrzehnt als komplementäre und hocheffiziente Methode zur Kettenend-Konjugation von RAFT-Polymeren ohne die Notwendigkeit der Einführung funktioneller R-Gruppen entwickelt. [18-22] RAFT-HDA ist auf RAFT-Agenten angewiesen, die eine C=S-Doppelbindung mit spezifisch eingestellten Elektronenmangel besitzen. Letzterer sollte ausreichend hoch sein, um HDA mit einer Reihe von Dienen zu ermçglichen, jedoch nicht zu hoch, damit eine gut kontrollierte RAFT-Polymerisation stattfinden kann. Während RAFT-HDA in organischen Lçsungsmitteln Wärme, Katalysatoren oder hochaktive Dienpartner (z. B. Cyclopentadien oder o-Chinodimethane) erfordert, [18-22] haben wir bereits gezeigt, dass eine schnelle RAFT-HDA in wässrigen Lçsungen einfach durch Mischen der Komponenten bei Umgebungstemperatur und in Abwe