Polyoxometallate, die auch unter der Abkürzung POM bekannt sind, gehören zu einer großen Gruppe von anionischen Metall-Sauerstoff-Clustern. Mit einer großen Strukturvielfalt, speziellen chemischen und biologischen Eigenschaften ist diese Stoffklasse vor allem für „Anwendungen in der Katalyse, aber auch in den Materialwissenschaften sowie der Bio- und Nanotechnologie“ von Interesse.[2]
Das erste 1826 in einer Datenbank registrierte Polyoxometallat geht auf Jöns Jakob Berzelius zurück, der einen gelben Niederschlag beschrieb, welchen er aus Ammoniummolybdat in einem Überschuss an Phosphorsäure herstellte und der heute unter (NH4)3[PMo12O40]aq bekannt ist.[3]
1933 gelang es J. F. Keggin erstmals anhand von Röntgenpulveraufnahmen des H3[PW12O40]
die Struktur eines Polyoxometallates aufzuklären.[5]
(...)
Auf einen Blick
- Note: 1,5
- Behandelt Untersuchungen zu HPA-23 und seinem Kalium-Analogon
Inhaltsverzeichnis
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Zielsetzung und Themen
Die Seminararbeit stellt chemische und biologische Eigenschaften von Polyoxometallaten sowie ihre möglichen medizinischen Anwendungen anhand veröffentlichter Quellen dar. Eine ausdrücklich formulierte Forschungsfrage enthält sie nicht; im Mittelpunkt steht der Zusammenhang zwischen Struktur, Eigenschaften und therapeutischem Potenzial dieser Verbindungen.
- Strukturtypen und chemische Grundlagen der Polyoxometallate
- Abhängigkeit der Strukturen vom pH-Wert
- Zellaufnahme und biologische Aktivität
- Antivirale und antitumorale Anwendungen
- HPA-23 und mögliche Wirkungsmechanismen
- Grenzen und Herausforderungen der medizinischen Nutzung
Auszug aus dem Buch
Chemische und biologische Eigenschaften
Polyoxometallate können sogar trotz ihrer Ladung und Größe Zellenmembranen durchdringen und sind somit sowohl auf der Zellenoberfläche als auch im Zytoplasma aktiv. Mit verschiedenen Techniken und Experimenten konnte man die Durchdringung der Zellmembranen nachweisen.[13]
Cibert bewies 1982 mit Raman Laser Spektroskopie am Beispiel von HPA-23, dass diese in tumorresistente Mauszellen eindringen können. HPA-23 ist eine Polywolframantimon-Verbindung [NaSb9W21O86]18- die gewöhnlich als (NH4)17Na Salz vorliegt.[13]
Der Zuwachs in der Zahl von Vakuolen in einer mit POM behandelten Zelle, ist ein Indikator für den Transport von Polyoxometallaten in Zellen. Diese Vakuolen können mittels Fluoreszenz Mikroskopie nachgewiesen werden und so die von Ni et al. vermutete biochemische Aktivität von HPA-23 bestätigen.[16]
Die Verwendung von Polyoxometallaten hat einige fundamentale „Probleme“ zur Folge, die zu einer ständigen Wiederkehr in wissenschaftlichen Untersuchungen führen. Es kann somit gewollt oder ungewollt zur Aggregatbildung kommen, zur Bildung von Metalloxiden, sowie zu magnetischen Wechselwirkungen in größeren Mehrkomponentensystemen. Elektronentransfer in Lösung oder an Metalloxid Grenzflächen kann ebenfalls stattfinden oder es können verschiedene Reaktivitäten und Selektivitäten in Oxidationsprozessen auftreten. Ein wirkliches Problem bei POMs in der Medizin ist auch die Medikamentenresistenz. Durch Wechselwirkungen von gelösten Biomakromolekülen kann es nämlich zum zeit- und konzentrationsabhängigen Verlust von chemotherapeutischer Wirkung kommen.[17]
Der grundlegende Vorteil von POMs in der Medizin ist, dass nahezu jede molekulare Eigenschaft wie die Polarität, Redox-Potentiale, Oberflächenladungsverteilung, Form und Acidität, wunschgemäß angepasst werden kann, so dass die Erkennung oder die Reaktivität optimiert werden kann. Eine andere attraktive Eigenschaft ist, dass es reproduzierbare Synthesemethoden gibt, um ein oder mehrere Übergangsmetallkationen (d0) in POMs durch d- oder p- Block Ionen zu ersetzen. Ebenso können organische Gruppen angeknüpft werden, die mit einer physiologischen Umgebung kompatibel sind. So sind lange Halbwertszeiten von Medikamenten in H2O oder Puffern bei pH 7 erzielbar.[18]
Zusammenfassung der Kapitel
Einleitung: Die Einleitung führt in die Geschichte und Einteilung der Polyoxometallate ein. Sie stellt Isopoly- und Heteropolyanionen sowie grundlegende Strukturtypen vor.
Chemische und biologische Eigenschaften: Der Abschnitt behandelt unter anderem die pH-Abhängigkeit, Anwendungen, Zellaufnahme und Anpassbarkeit der Verbindungen. Zudem werden mögliche Schwierigkeiten ihrer medizinischen Verwendung und supramolekulare Strukturen angesprochen.
Therapeutische Eigenschaften: Dieser Abschnitt erläutert mögliche antivirale und antitumorale Anwendungen und geht insbesondere auf HPA-23 sowie diskutierte Wirkungsmechanismen ein. Auch Grenzen und offene Fragen werden angesprochen.
Schlüsselwörter
Polyoxometallate, Metall-Sauerstoff-Cluster, Isopolyanionen, Heteropolyanionen, Keggin-Struktur, pH-Abhängigkeit, Zellmembran, HPA-23, antivirale Wirkung, antitumorale Wirkung, Enzymhemmung, Arzneimittelforschung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der Arbeit?
Die Arbeit behandelt die chemischen und biologischen Eigenschaften von Polyoxometallaten und ihre möglichen therapeutischen Anwendungen.
Welche Themen stehen im Mittelpunkt?
Im Mittelpunkt stehen Strukturtypen, pH-Abhängigkeit, Zellaufnahme und medizinisch relevante Wirkungen der Verbindungen.
Welches Ziel verfolgt die Arbeit?
Sie stellt Eigenschaften und mögliche medizinische Einsatzgebiete von Polyoxometallaten dar. Eine eigene Forschungsfrage wird nicht ausdrücklich formuliert.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Seminararbeit wertet veröffentlichte Fachliteratur und weitere Quellen darstellend aus. Eine eigene experimentelle Untersuchung wird nicht beschrieben.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil erläutert chemische und biologische Eigenschaften, die Aufnahme in Zellen sowie therapeutische Ansätze und mögliche Wirkungsmechanismen.
Welche Schlüsselwörter kennzeichnen die Arbeit?
Dazu gehören Polyoxometallate, Keggin-Struktur, pH-Abhängigkeit, HPA-23, antivirale Wirkung und Enzymhemmung.
Welche Rolle spielt HPA-23?
HPA-23 dient als Beispiel für eine untersuchte Polyoxometallat-Verbindung. Die Arbeit behandelt ihre Struktur, Zellaufnahme und mögliche antivirale Wirkungsmechanismen.
Welche Strukturtypen werden vorgestellt?
Neben der Keggin-Struktur nennt die Arbeit die Lindqvist-, Dawson- und Anderson-Struktur und unterscheidet Isopoly- von Heteropolyanionen.
Welche Schwierigkeiten einer medizinischen Anwendung werden angesprochen?
Genannt werden unter anderem Aggregatbildung, Wechselwirkungen mit Biomakromolekülen und mögliche Toxizität bei hohen Mengen.
- Quote paper
- Franziska Hofmann (Author), 2008, Biologische und biochemische Wirkung von Polymoxometallaten und deren therapeutische Eigenschaften, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/148910
