Responsive polymer nanostructures and hydrogels with photo/acid sensitive linkages for biomedical applications
Authors: Ψαρρού Μαρία 
Published: November 2023

Τα αποκρινόμενα σε ερεθίσματα πολυμερή ή γνωστά και ως «έξυπνα» πολυμερή, αποτελούν το επίκεντρο της έρευνας διαφόρων ερευνητικών ομάδων καθώς έχουν αποδειχθεί εξαιρετικοί υποψήφιοι για εφαρμογή σε ραγδαίως αναπτυσσόμενα ερευνητικά πεδία όπως η βιοτεχνολογία και νανοϊατρική, ηλεκτρονικές συσκευές, αισθητήρες και άλλα. Η παρούσα διδακτορική διατριβή, εστιάζει στην ανάπτυξη καινοτόμων φώτο– ή/και όξινο–διασπώμενων γραμμικών πολυμερών κύριας αλυσίδας, διασταυρωμένων πολυμερών και συζευγμένα συστήματα πολυμερούς–φαρμάκου και διερευνά τη πιθανή τους χρήση ως μεταφορείς φαρμάκων. Αναλυτικότερα η παρούσα διατριβή εστιάζει στην διερεύνηση των χημικών ομάδων θειοκετάλης/θειοακετάλης ως φωτοδιασπώμενοι δεσμοί. Θα παρουσιαστεί η σύνθεση, ο χαρακτηρισμός και ο μηχανισμός φωτοδιάσπασης γραμμικών πολυθειοκεταλών κύριας αλυσίδας. Τα νεοσυντιθέμενα πολυμερή χαρακτηρίστηκαν ως προς το μοριακό τους βάρος, τη χημική τους δομή και ως προς την ευαισθησία τους παρουσία υπεριώδους ακτινοβολίας, με χρωματογραφία SEC και μαγνητική φασματοσκοπία πρωτονίου και διαπιστώθηκε ότι η φωτοδιάσπαση των πολυμερών βασίζεται στη φωτόλυση των θειοκεταλικών δεσμών της κύριας αλυσίδας. Στη συνέχεια θα παρουσιαστεί μια καινοτόμα μέθοδος για τη σύνθεση φωτοδιασπώμενων και θέρμο–αναστρέψιμων υδρογελών, αποτελούμενων από το πολυμερές πολυ(αιθυλενογλυκόλη) (PEG) και θειοακεταλικούς δεσμούς στα σημεία διασταύρωσης των αλυσίδων. Η εισαγωγή των φωτοευαίσθητων δεσμών διθειοακετάλης κατέστησε τις υδρογέλες φωτο–αποικοδομίσιμες, ενώ η δημιουργία των αρχικών συμμονομερών ως τα κύρια φωτοπροϊόντα, έδωσαν στο υλικό αναστρέψιμες ιδιότητες παρουσία θερμοκρασίας. Οι ιξωδοελαστικές ιδιότητες των υδρογελών, η φωτοδιάσπασή τους μετά από έκθεση σε υπεριώδη ακτινοβολία (λ = 254 nm) και ο αναστρέψιμος σχηματισμός της υδρογέλης κατά τη θέρμανση, διερευνήθηκαν με δυναμική ρεολογία διάτμησης. Στη συνέχεια μελετήθηκε η φωτοευαισθησία των χημικών ομάδων ακυλοϋδραζόνης. Πιο συγκεκριμένα, θα παρουσιαστούν η σύνθεση, ο χαρακτηρισμός και η φωτοαποικοδόμηση κύριας αλυσίδας ενός νέου, υδατοδιαλυτού, γραμμικού, συμπολυμερούς πολυ(ακυλοϋδραζόνης). Ακτινοβόληση του πολυμερούς οδήγησε στη φωτοδιάσπαση των δεσμών ακυλοϋδραζόνης κατά μήκος της πολυμερικής αλυσίδας. Έπειτα, ένα υδρόφοβο αντικαρκινικό φάρμακο, δοξορουβικίνη (DOX), δέθηκε στα άκρα του υδατοδιαλυτού πολυμερούς αποδίδοντας ένα αμφίφιλο σύστημα πολυμερούς–φαρμάκου. Τέλος, μελετήθηκε η συνδυαστική επίδραση του φωτός και η παρουσία όξινου περιβάλλοντος στη διάσπαση του πολυμερούς και την απελευθέρωση του φαρμάκου. Ακόμη, θα παρουσιαστεί η σύνθεση φωτοδιασπώμενων πολυ(ακυλοϋδραζονών) με φωτοευαισθησία που κυμαίνεται από το υπεριώδες έως το ορατό. Τέλος, θα παρουσιαστεί η ανάπτυξη δύο υβριδικών (οργανικό–ανόργανο) συστημάτων νανοφορέων ριβονουκλεικών οξέων (mRNA) που αποτελούνται από υπερπαραμαγνητικά νανοσωματίδα οξειδίου του σιδήρου (SPIONs) επικαλυμμένα με φυσικά πολυμερή, οξειδωμένη δεξτράνη και quaternized χιτοζάνη, αντίστοιχα. Η αποτελεσματικότητα πρόσδεσης, απελευθέρωσης και μετάφρασης του mRNA εξετάστηκε με τη διεξαγωγή in vitro μελετών χρησιμοποιώντας τη πράσινη φθορίζουσα πρωτεΐνης-mRNA (GFP–mRNA).