Balasini, AliAliBalasini2026-04-082026-04-082025-12-01https://dspace.ub.uni-siegen.de/handle/ubsi/9103The emergence of antibiotic-resistant bacteria, particularly in respiratory infections, presents an urgent need for alternative therapeutic approaches. This thesis describes the development of polymer-based antimicrobial photodynamic therapy systems designed specifically for treating Pseudomonas aeruginosa respiratory infections. Two complementary synthetic strategies were employed to create functional polymeric materials incorporating photosensitizers and other active ingredients (biofilm-disrupting agents). The first approach involved post-polymerization modification of active ester polymers, enabling controlled incorporation of both ruthenium complexes and phenalenone derivatives as photosensitizers. The second strategy utilized direct free radical polymerization of photosensitizer-containing monomers alongside functional comonomers. Both approaches successfully yielded water-soluble polymers intended for nebulization-based delivery. Compared to free photosensitizers, these polymer-based systems offer advantages including enhanced local drug concentration through multivalent presentation and improved solubility, addressing key limitations of conventional photosensitizers. Comprehensive biological evaluation highlighted various properties of the polymers designed with identification of structure-activity relationships. Some of these materials can effectively inactivate and/or eliminate both planktonic bacteria and biofilms upon visible light illumination, with activity maintained in physiologically relevant conditions. Notably, certain polymers also showed enhanced efficacy in high-salt environments representative for respiratory infections such as cystic fibrosis. The materials exhibited excellent biocompatibility with human bronchial epithelial cells and maintained their structural integrity and antimicrobial activity through nebulization, supporting their potential for therapeutic applications. This work establishes a promising platform for treating respiratory infections through controlled, light-activated antimicrobial activity, offering advantages over conventional antibiotic treatments while maintaining compatibility with clinical delivery methods.Das Auftreten antibiotikaresistenter Bakterien, insbesondere bei Atemwegsinfektionen, erfordert dringend alternative therapeutische Ansätze. Diese Dissertation beschreibt die Entwicklung polymerbasierter antimikrobieller photodynamischer Therapiesysteme, die speziell für die Behandlung von Pseudomonas aeruginosa-Atemwegsinfektionen konzipiert wurden. Zwei komplementäre Synthesestrategien wurden eingesetzt, um funktionelle Polymermaterialien herzustellen, die Photosensibilisatoren und andere Wirkstoffe (Biofilm-Disruptoren Substanzen) enthalten. Der erste Ansatz umfasste die Post-Polymerisationsmodifikation von Aktivester-Polymeren, die eine kontrollierte Einbindung sowohl von Rutheniumkomplexen als auch von Phenalenonderivaten als Photosensibilisatoren ermöglichte. Die zweite Strategie nutzte die direkte freie radikalische Polymerisation von photosensibilisatorhaltigen Monomeren zusammen mit funktionellen Comonomeren. Beide Ansätze führten erfolgreich zu wasserlöslichen Polymeren, die für die Verabreichung mittels Vernebelung geeignet sind. Im Vergleich zu freien Photosensibilisatoren bieten diese polymerbasierten Systeme Vorteile wie erhöhte lokale Wirkstoffkonzentration durch multivalente Präsentation und verbesserte Löslichkeit, wodurch wesentliche Einschränkungen konventioneller Photosensibilisatoren überwunden werden. Eine umfassende biologische Bewertung zeigte verschiedene Eigenschaften der entwickelten Polymere und identifizierte Struktur-Wirkungs-Beziehungen. Einige dieser Materialien können sowohl planktonische Bakterien als auch Biofilme bei Lichtaktivierung effektiv inaktivieren und/oder eliminieren, wobei die Aktivität unter physiologisch relevanten Bedingungen erhalten bleibt. Bemerkenswert ist, dass bestimmte Polymere auch eine erhöhte Wirksamkeit in Hochsalzumgebungen zeigten, die typisch für Atemwegsinfektionen wie bei Mukoviszidose sind. Die Materialien wiesen eine ausgezeichnete Biokompatibilität mit menschlichen Bronchialepithelzellen auf und behielten ihre strukturelle Integrität und antimikrobielle Aktivität während der Vernebelung bei, was ihr Potenzial für therapeutische Anwendungen unterstützt. Diese Arbeit etabliert eine vielversprechende Plattform zur Behandlung von Atemwegsinfektionen durch kontrollierte, lichtaktivierte antimikrobielle Aktivität, die Vorteile gegenüber herkömmlichen Antibiotikabehandlungen bietet und gleichzeitig mit klinischen Verabreichungsmethoden kompatibel ist.en540 ChemieAntimicrobial photodynamic therapyAntimikrobielle photodynamische TherapiePhotosensitizerPhotosensibilisatorPolymer synthesisPolymersyntheseReactive oxygen speciesReaktive SauerstoffspeziesAntimicrobial activityAntimikrobielle AktivitätDoctoral ThesisUlrich Jonasurn:nbn:de:hbz:467-91037