Dendrimer

Ein Dendrimer ist aus drei charakteristischen Struktureinheiten aufgebaut:

• einem zentralen Kern (Initiatorkern), der das Symmetriezentrum bildet
• mehreren radialsymmetrischen Schichten aus sich wiederholenden Verzweigungseinheiten
• einer Vielzahl funktioneller Endgruppen an der Oberfläche

Die vom Kern ausgehenden, keilförmig verzweigten Molekülabschnitte werden als Dendrone bezeichnet. Jede weitere hinzugefügte Verzweigungsschicht bildet eine neue Molekülschicht, die als Generation (G0, G1, G2 usw.) bezeichnet wird. Mit steigender Generationszahl nehmen Molekülmasse, Verzweigungsgrad und Zahl der Oberflächengruppen exponentiell zu. Die Anzahl der Verknüpfungsstellen ist je nach Kern- und Monomertyp variabel.

Im Unterschied zu linearen Polymeren besitzen Dendrimere höherer Generation eine radiärsymmetrische, annähernd kugelförmige Gestalt. Sie weisen eine große Zahl gleichartiger, chemisch modifizierbarer Oberflächengruppen (Multivalenz) auf. Ideale Dendrimere haben eine definierte Molekülmasse und Struktur sowie eine sehr geringe Dispersität. Reale Syntheseprodukte können jedoch Strukturdefekte und unvollständig umgesetzte Verzweigungen enthalten.

Die Löslichkeit der Dendrimere hängt wesentlich von Endgruppen, Lösungsmittel, Generation, pH-Wert und Oberflächenladung ab. Abhängig von der Molekülarchitektur besitzen Dendrimere innere Hohlräume, in die kleinere Moleküle eingelagert werden können.

Dendrimere werden in einer schrittweisen, Schicht für Schicht wiederholten Synthese aufgebaut. Dabei werden zwei Strategien unterschieden:

• die divergente Synthese, bei der das Molekül vom Kern nach außen aufgebaut wird
• die konvergente Synthese, bei der zunächst einzelne Dendrone hergestellt und anschließend an den Kern gebunden werden

Aufgrund ihrer definierten Größe im Nanometerbereich, ihrer inneren Hohlräume und ihrer multivalenten Oberfläche werden Dendrimere in der Nanomedizin intensiv untersucht. Mögliche Anwendungen sind der Transport von Wirkstoffen (Drug Delivery), der Einsatz als Kontrastmittel in der Bildgebung sowie als Vektoren für den Transfer von Nukleinsäuren (Transfektion). Das am besten untersuchte Dendrimer ist das Polyamidoamin (PAMAM).

Kationische Dendrimere, insbesondere PAMAM mit terminalen Aminogruppen, können mit Zellmembranen interagieren und dosisabhängig zytotoxisch wirken. Die Verträglichkeit hängt maßgeblich von Generation, Oberflächenladung und Funktionalisierung der Endgruppen ab.

• Fréchet JMJ, Tomalia DA. Dendrimers and Other Dendritic Polymers. Wiley; 2001.
• Newkome GR, Moorefield CN, Vögtle F. Dendrimers and Dendrons: Concepts, Syntheses, Applications. Wiley-VCH; 2001.