Maßgeschneiderte Nanoporen für die Biomedizin
Metall-organische Gerüste (MOF) bestehen aus metallischen Knotenpunkten und organischen Molekülen als Verbindungselemente und bilden gerüstartige Strukturen. Die enorme Oberfläche und leeren Poren dieser porösen Gerüste sind vor allem für die chemische Separation sowie die Entwicklung von Sensoren und Wirkstofftransportern von Interesse. Ein Anwendungsschwerpunkt liegt dabei auf der Gasspeicherung (Wasserstoff oder Kohlendioxid), was neue Möglichkeiten im Bereich erneuerbarer Energien schafft. MOFs lassen sich für viele Anwendungen funktionalisieren, da die Eigenschaften von Poren und Gastmolekülen variiert werden können und auch die innere Oberfläche mit entsprechenden Verfahren modifizierbar ist. Das EU-finanzierte Projekt "Nanoscale metal–organic frameworks for biomedical applications" (NANOBIOMOFS) entwickelte neuartige Nano-MOFs u.a. für die Verabreichung therapeutischer Wirkstoffe und synthetisierte diese Materialien mithilfe biologisch relevanter organischer Liganden. Eine der Projektforschergruppen befasste sich dabei mit der Nukleobase Adenin. Da die Koordination von Adenin um die Metallcluster in allen isolierten MOFs variiert werden kann, erwiesen sich Adenin und seine fünf Stickstoff-Donor-Atome als ausgesprochen vielseitig. So können die MOFs etwa für Feuchtesensoren (Farbumschwung von rosa zu violett) oder Wirkstofftransporter (wasserstoffgebundene Krebstherapeutika) eingesetzt werden. Eine weitere Gruppe von MOFs wurde mit Peptidliganden synthetisiert und für die Separation eines Gemischs aus zwei verschiedenen Enantiomeren eingesetzt. Enantionmere sind Moleküle, die zwar die gleiche chemische Formel, aber eine unterschiedliche (gespiegelte) Struktur haben (chirale Moleküle). Die Separation von Enantiomeren ist ein kritischer Faktor in der Arzneimittelentwicklung, da typischerweise nur eines der beiden eine hohe Aktivität besitzt. Chirale Moleküle sind in der Regel optisch aktiv. Die dritte und letzte MOF-Gruppe setzt Enantiomere von Aminosäuren in unterschiedlichen Verhältnissen zur Erzeugung zweier isostruktureller (mit ähnlicher Kristallstruktur) und homochiraler (mit gleicher Chiralität) MOFs ein, die sich in ihrer optischen Aktivität unterschieden. Das bahnbrechende Ergebnis soll demnächst veröffentlicht werden. Die Ergebnisse von NANOBIOMOFS wurden in mehreren Publikationen in renommierten Fachzeitschriften, einem Fachbuch und einem Forschungsabstrakt vorgestellt. Die MOF-Forschung macht weltweit außerordentliche Fortschritte, und erste kommerzielle Produkte sind bereits in Reichweite. Die EU-Forschung könnte damit die Entwicklung neuartiger Materialien für Biomedizin, Energie, Umwelt u.a. deutlich beschleunigen.
Schlüsselbegriffe
Sensoren, Metall-organische Gerüste, poröse Scaffolds, Wirkstofffreisetzung, nanostrukturiert, biomedizinische Anwendungen, Adenin
