Polyethylenglykol

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Polyethylenglykol (kurz PEG) ist ein je nach Kettenlänge flüssiges oder festes, chemisch inertes, wasserlösliches und untoxisches Polymer. Wegen dieser Eigenschaften wird es in der Medizin, als Wirkstoffträger in der Pharmazie, in Industriellen Anwendungen, als auch in der zellbiologischen Forschung eingesetzt. Die Grundeinheit einer linear gebauten PEG-Kette besteht aus Monomeren (-CH₂-CH₂-O-) mit einer Molmasse von 44, weshalb alle vorkommenden PEG-Derivate aus ganzzahligen Vielfachen dieser Molmasse bestehen. Chemisch handelt es sich um einen Polyether des zweiwertigen Alkohols Glykol (Ethandiol). PEG ist in verschiedenen Medikamenten enthalten, es wirkt sowohl in dieser Anwendung, als auch in Kosmetika penetrationsfördernd, d.h., die Darmwand, bzw. die Haut wird durchlässiger für Wirkstoffe, aber ebenso für Gifte, die somit leichter in den Körper eindringen können. Deshalb wird die Verwendung noch immer kontrovers diskutiert.

Inhaltsverzeichnis 1 Herstellung: 2 Struktur: 3 Nomenklatur: 4 Eigenschaften: 5 Anwendungen 6 Literatur 7 Weblinks

Herstellung:

Die Polyethylenglykole werden durch Polymerisation von Ethylenoxid (EO) mittels alkalischer Katalyse hergestellt, wobei Wasser, Monoethylenglykol oder Diethylenglykol als Startmolekül verwendet werden kann. Nach Erreichen des gewünschten Molekulargewichts wird die Reaktion durch Zusatz einer Säure (z. B. Milchsäure) abgebrochen.

Struktur:

Bild:PEG Struktur.jpg Untersuchungen haben ergeben, dass die PEG-Ketten Röntgenographische in zwei verschiedene Modifikationen vorliegen können. Kürzeren Ketten, deren Polymerisationsgrad n= 10 nicht übersteigt, wird eine Zickzack-Struktur zugeschrieben, während sich bei längeren Ketten die sogenannte Mäanderstruktur ausbildet. In der Abbildung sind beide Kettenformen als Kalottenmodelle dargestellt (rot = Sauerstoff; schwarz = Kohlenstoff; weiß = Wasserstoff).

Nomenklatur:

Für PEG mit einem mittleren Molekulargewicht von 200 bis 35000 hat sich die Bezeichnung Polyethylenglykole eingebürgert. Produkte mit höherem Molekulargewicht (> 35000) werden als Polyethylenoxid bezeichnet, da bei diesen Produkten der Einfluss der endständigen Hydroxylgruppen vernachlässigt werden kann. Als Abkürzung wird auch der Ausdruck PEG zusammen mit einem Zahlenwert, der das mittlere Molekulargewicht angibt, verwendet. Die Bezeichnung Macrogol wird ebenfalls für Polyethylenglykole verwendet..

Eigenschaften:

Konsistenz: Polyethylenglykole mit einem mittleren Molekulargewicht bis 400 sind bei Raumtemperatur nichtflüchtige Flüssigkeiten. PEG 600 weist einen Schmelzbereich von 17 – 22 °C auf und somit eine pastenartige Konsistenz. Über einem Molekulargewicht von 3000 sind die PEG feste Substanzen und werden als Schuppen oder Pulver in den Handel gebracht. Härte und Schmelzbereich steigen mit zunehmendem Molekulargewicht an. Durch Mischung eines festen (PEG 1500) und flüssigen PEG kann ein wasserlösliches Produkt von salbenartiger Konsistenz hergestellt werden.

Wasserlöslichkeit: Die wichtigste Eigenschaft aller Polyethylenglykole ist ihre Löslichkeit in Wasser. Flüssige PEG sind in jedem Verhältnis mit Wasser mischbar. Selbst von einem PEG 3500 können noch 50 %ige Lösungen hergestellt werden.

Hygroskopizität: Die flüssigen PEG sind hygroskopisch. Die Fähigkeit Wasser aufzunehmen nimmt mit steigendem Molekulargewicht ab. Die festen Typen sind nicht hygroskopisch.

Flüchtigkeit und thermische Stabilität: Peg sind nicht flüchtig, eine Tatsache die bei ihrer Anwendung als Weichmacher oder Feuchthaltemittel von Bedeutung ist. Bei Temperaturen über 1500 °C tritt eine thermische Zersetzung ein, die wegen der flüchtigen Zersetzungsprodukte mit einem Gewichtsverlust verbunden ist. Anwendungen bei höheren Temperaturen machen die Verwendung von Antioxidantien notwendig.

Physiologische Eigenschaften: Die Polyethylenglykole weisen außergewöhnlich niedrige Toxizitätswerte auf ( akute und chronische orale Toxizität, Embryotoxizität, Hautverträglichkeit) Sie werden daher seit Jahrzehnten in Kosmetika, Nahrungsmitteln und pharmazeutischen Zubereitungen verwendet. Sie werden daher auch in allen relevanten Arzneibüchern angeführt. Von der WHO wurde ein ADI-Wert (akzeptable tägliche Aufnahme) für PEG in Nahrungsmitteln von 10 mg/kg Körpergewicht festgelegt.

Ökologische Eigenschaften: Die biologische Abbaubarkeit der Polyethylenglykole nimmt mit steigendem mittlerem Molekulargewicht ab. Bis PEG 1500 werden sie jedoch als biologisch abbaubar angesehen. Der Abbau anderer Substenzen wird von den PEG nicht beeinflusst. Selbst 1 %ige Lösungen sind gegenüber Fischen und Mikroorganismen nicht toxisch. In Deutschland sind die PEG in Wassergefährdungsklasse (WGK) 1 eingestuft. Alle PEG können problemlos thermisch entsorgt werden.

Anwendungen

Pharmazeutische Industrie: Auf allen Gebieten der galenischen Zubereitungen werden PEG als Wirkstoffträger verwendet.

Flüssige Zubereitungen: Polyethylenglykole werden wegen ihrer Lösecharakteristik zur Herstellung von Flüssigen Zubereitungen, wie Tropfen, Injektionspräparate sowie zur Füllung von Gelatinekapseln verwendet, da sie diese nicht anlösen oder verspröden.

Salbengrundlage: Durch Mischen eines festen und flüssigen PEG (z. B. 50 % PEG 1500 und 50% PEG 300) kann eine wasserlösliche Salbengrundlage erhalten werden, die sich wegen ihrer guten Löseeigenschaften für viele aktive Substanzen eignet.

Suppositorien: Suppositorienmassen auf Basis von PEG können genau auf die Körpertemperatur abgestimmt werden. Das Freisetzen der Wirksubstanzen erfolgt nicht nur durch Schmelzen sondern auch durch das Auflösen in der Körperflüssigkeit.

Tabletten und Dragees: Polyethylenglykole werden als Wirkstoffträger, Lösevermittler und Hilfsmittel beim Tablettieren und Dragieren eingesetzt

Kosmetik: Polyethylenglykole können in folgenden kosmetischen Präparationen verwendet werden: Cremen und Lotionen, Parfum, Deodorants, Insekten – Repellents, Lippenstifte, Zahnpasten, Haarpflegemittel, Zahnreinigungstabletten, Badezusätze.

Technische Anwendungen: Als Gleit-und Formtrennmittel, Vulkanisationsaktivator oder Wärmeüberträger bei der Produktion von Gummiartikeln. Plastifizierungs- und Bindemittel für keramische Pressmassen. Zur Herstellung von Siebdruckmedien oder anderen Glas und Keramfarben werden PEG verwendet. Waschmittelenzyme werden durch Versprühen mit festen PEG in eine handhabbare Form gebracht. Konservierung archäologischer Holzfunde. Weichmacher und Feuchthaltemittel z. B. für Klebstoffe Reaktive Komponente beider Herstellung von Polyestern und Polyurethanen.

Medizin: PEG wird in verschiedenen Bereichen der Gastroenterologie angewendet. Die Substanz wird unter anderem zur Reinigung des Darmes bei der Koloskopie eingesetzt. Der "Goldstandard" bei der Vorbereitung ist 4 l Polyethylenglykol-Elektrolyt-Lösung (PEG-EL).

Ein weiteres Anwendungsfeld für PEG erschließt sich derzeit möglicherweise bei der Notfallbehandlung von Wirbelsäulenverletzungen. Im Rahmen einer Studie an der Purdue-Universität in West Lafayette, wurden 19 Hunde mit schweren Wirbelsäulenverletzungen zusätzlich zu der Standardbehandlung (u.a. Injektionen mit Steroiden, Physiotherapie und die operative Entfernung von Knochensplittern aus der Wirbelsäulengegend) noch mit Injektionen von PEG behandelt. Die Substanz wurde innerhalb von 72 Stunden nach der Verletzung verabreicht. Im Vergleich zu Tieren, die nur die Standardbehandlung erhielten, erholten sich die Tiere wesentlich schneller und umfangreicher: nach Abschluss der Behandlung waren 75 % der Tiere wieder voll bewegungsfähig. Rechtzeitig injiziert, scheint das Polymer die Nervenzellen vor irreparablem Schaden zu schützen und die Tiere damit vor einer Querschnittlähmung zu bewahren. Derzeit ist noch nicht genau geklärt, wie PEG diese Schutzwirkung vermittelt. Dennoch erschließen sich hier möglicherweise auch für die Behandlung von Menschen neue Perspektiven.

Die Substanz ist außerdem interessant, da sie in einer Konzentration von 15-20 % antibakterielle Wirkung zeigt. Einzelne Arbeiten berichten über eine Schutzwirkung auf die Darmschleimhaut vor bakterieller Invasion

In der Augenheilkunde werden PEG als Bestandteil von künstlichen Tränenflüssigkeiten zur Behandlung des „Trockenen Auges“ verwendet.

Polyethylenglykole sind auch Bestandteil von Formulierungen mit anti-apoptotischen Eigenschaften zur Konservierung von Zellen, Gewebe oder Organen.

Zellbiologie: In der Zellbiologie ist PEG ein wichtiges Reagenz für die Durchführung einer Zellfusion (Zellverschmelzung) von Lymphozyten mit bestimmten Krebszellen (z.B. sp2/0-Zelllinie) zur Herstellung von monoklonalen Antikörpern. Für die bahnbrechende Entdeckung, wie sich monoklonale Antikörper herstellen lassen, erhielt Georges J. F. Köhler 1984 zusammen mit César Milstein und Niels K. Jerne den Nobelpreis in Physiologie oder Medizin.

Literatur

• R. Ronger: Z. Gastroenterol, 2004, 42:493-494
• R. Borgens et al.: Journal of Neurotrauma, 2004, Bd. 21, S. 1767 (PEG und Wirbelsäulenverletzungen)

Weblinks

• www.fun.clariant.com - Clariant (englisch)