Αυτο-οργανούμενες νανοδομές συμπολυμερών κατά συστάδες για εγκλωβισμό/ελεγχόμενη αποδέσμευση φαρμάκων, γονιδίων και πρωτεϊνών για βιολογικές εφαρμογές
Authors: Χρόνη Αγγελική 
Published: March 2022

Τα αμφίφιλα συμπολυμερή αποτελούν ένα ευρύ και σημαντικό αντικείμενο έρευνας για βιολογικές εφαρμογές, λόγω της χαρακτηριστικής μοριακής τους δομής, της ιδιαίτερης αυτο-οργάνωσής τους σε πολύπλοκες δομές και των ιδιαίτερων φυσικοχημικών ιδιοτήτων που παρουσιάζουν όταν εισαχθούν σε κατάλληλο διαλύτη. Τα διυδρόφιλα συμπολυμερή πολυηλεκτρολυτικού τύπου από την άλλη μεριά, αποτελούν ένα αρκετά ενδιαφέρον αντικείμενο έρευνας ως προς την σύνθεση και τις μοναδικές ιδιότητές τους, καθώς συνδυάζουν τα δομικά χαρακτηριστικά των πολυηλεκτρολυτών, των διυδρόφιλων συμπολυμερών και των επιφανειοδραστικών ουσιών. Τα νανοσυστήματα μεταφοράς φαρμάκων, γονιδίων και πρωτεϊνών βασισμένα σε αμφίφιλα και διυδρόφιλα συμπολυμερή έχουν φέρει επανάσταση στη φαρμακευτική έρευνα και ανάπτυξη τις τελευταίες δεκαετίες, προσδίδοντας στα φάρμακα αυξημένη σταθερότητα και υδατοδιαλυτότητα, παρατείνοντας τον χρόνο κυκλοφορίας τους, ενισχύοντας τον ρυθμό πρόσληψής τους από τα κύτταρα-ιστούς στόχους, μειώνοντας την αποικοδόμηση των εγκλωβισμένων ενζύμων και θεραπευτικών πρωτεϊνών/πεπτιδίων και ελέγχοντας την απελευθέρωση του φαρμάκου.Στη παρούσα διδακτορική διατριβή, αρχικά συντέθηκαν πέντε διαφορετικά συστήματα αμφίφιλων και διυδρόφιλων συμπολυμερών σε διαφορετικές χημικές συστάσεις και μετέπειτα χρησιμοποιήθηκαν για τον σχεδιασμό καινοτόμων πολυμερικών φαρμακευτικών, γονιδιακών και πρωτεϊνικών νανοφορέων. Ειδικότερα, πραγματοποιήθηκε η σύνθεση δύο αμφίφιλων δισυσταδικών συμπολυμερών του τύπου PnBA-b-POEGA μέσω RAFT και PEO-b-PCL μέσω CROP καθώς και ενός αμφίφιλου PPhOxz-grad-PMeOxz βαθμωτού συμπολυμερούς μέσω κατιοντικού πολυμερισμού. Τα αμφίφιλα συμπολυμερή χρησιμοποιήθηκαν ως μικκυλιακοί φορείς για τον εγκλωβισμό του υδρόφοβου φαρμάκου λοζαρτάνη (LSR) στον υδρόφοβο πυρήνα του PnBA, της PCL και της PPhOxz αντίστοιχα. Στη συνέχεια, συντέθηκαν μέσω RAFT τέσσερα διυδρόφιλα POEGMA-b-PVBTMAC δισυσταδικά και P(OEGMA-co-VBTMAC) στατιστικά συμπολυμερή, που μετέπειτα χρησιμοποιήθηκαν για τον σχεδιασμό νανοφορέων ινσουλίνης (INS). Κατόπιν, το POEGMA-b-PVBTMAC δισυσταδικό συμπολυμερές χρησιμοποιήθηκε περαιτέρω για την ανάπτυξη πολυλειτουργικών νανοδομώνμέσω της ηλεκτροστατικής συμπλοκοποίησης αρχικά με υδρόφιλα ανόργανα μαγνητικά νανοσωματίδια (MNPs) και μετέπειτα με DNA.Τα μοριακά χαρακτηριστικά των PnBA-b-POEGA, POEGMA-b-PVBTMAC και P(OEGMA-co-VBTMAC) συμπολυμερών προσδιορίστηκαν μέσω SEC και 1H-NMR, διαπιστώνοντας την επιτυχημένη και ελεγχόμενη διαδικασία πολυμερισμού. Ο δομικός και φυσικοχημικός χαρακτηρισμός των συμπολυμερών και πολυμερικών νανοφορέων σε υδατικά μέσα μελετήθηκε χρησιμοποιώντας τις τεχνικές DLS, SLS, ELS, ATR-FTIR, UV-Vis, FS, 1D-2DNMR και Cryo-TEM. Τα φυσικοχημικά αποτελέσματα των διαλυμάτων συμπολυμερούς/φαρμάκου και των συμπλόκων συμπολυμερούς/INS επιβεβαίωσαν την παρουσία LSR στα μικκύλια των PnBA-b-POEGA, PEO-b-PCL και PPhOxz-grad-PMeOxz και κατέδειξαν την αποτελεσματική συμπλοκοποίηση της INS με τα συμπολυμερή POEGMA-b-PVBTMAC και P(OEGMA-co-VBTMAC). Επιπλέον, οι αλληλεπιδράσεις FBS με τα συμπολυμερή, τα διαλύματα συμπολυμερούς/φαρμάκου και τα σύμπλοκα συμπολυμερούς/INS κατέδειξαν μια πολύ καλή σταθερότητα των νανονοδομών συμπολυμερούς και των νανοφορέων σε βιολογικό περιβάλλον. Τα πειράματα 2D-NOESY των PnBA-b-POEGA, PEO-b-PCL και PPhOxz-grad-PMeOxz συμπολυμερών κατέδειξαν ισχυρές διαμοριακές αλληλεπιδράσεις μεταξύ της LSR με συγκεκριμένα πρωτόνια των συμπολυμερών, επιβεβαιώνοντας την ενθυλάκωση της LSR στα πολυμερικά μικκύλια. Σύμφωνα με τις μετρήσεις Cryo-TEM, τα POEGMA-b-PVBTMAC και P(OEGMA-co-VBTMAC) συμπολυμερή σχημάτισαν συσσωματώματα και νηματοειδείς δομές μετά την συμπλοκοποίησή τους με INS. Τα MNPs νανοσωματίδια διατήρησαν τις μαγνητικές τους ιδιότητες μετά τη συμπλοκοποίησή τους με το συμπολυμερές και τα νουκλεϊκά οξέα, καθιστώντας τα τριμερή υβριδικά σύμπλοκα αποκρίσιμα σε εξωτερικά εφαρμοζόμενα μαγνητικά πεδία.