Συμπολυμερή κατά συστάδες βασισμένα σε υδροξυ-μεθακρυλικά μονομερή
Authors: Σεντούκας Θεόδωρος 
Published: September 2021

Η ραγδαία ανάπτυξη της Επιστήμης των Πολυμερών τα τελευταία 30 χρόνια οφείλεται στην πληθώρα εφαρμογών που βρίσκουν τα πολυμερή σε τομείς όπως η αποθήκευση ενέργειας, η μηχανική και η ιατρική. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η ανάπτυξη λειτουργικών συμπολυμερών κατά συστάδες, καθώς παρουσιάζουν κοινές ιδιότητες αυτο-οργάνωσης με αυτές των φωσφολιπιδίων και των μικρού μοριακού βάρους επιφανειοδραστικών ενώσεων. Οι υδρόφοβες περιοχές τους μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως νανοαποθετήρια (αποθήκες) για τον εγκλωβισμό φαρμακευτικών ουσιών, ενώ τα υδρόφιλα τμήματά τους σταθεροποιούν το σύστημα μέσα στο υδατικό μέσο και ταυτόχρονα μπορούν να χρησιμοποιηθούν για σύμπλεξη με πρωτεΐνες ή DNA, δημιουργώντας βιο-υβριδικές νανοδομές, ή με ανόργανα νανοσωματίδια. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή γίνεται ο σχεδιασμός και η ανάπτυξη καινοτόμων λειτουργικών συμπολυμερών κατά συστάδες αποτελούμενων από μια υδρόφιλη, pH- και θερμοαποκρινόμενη συστάδα πολυ(μεθακρυλικού εστέρα της διμεθυλαμινο αιθυλικής αλκοόλης) και μια ασθενώς υδρόφοβη και δυνητικά θερμοαποκρινόμενη συστάδα πολυ(μεθακρυλικού εστέρα της υδροξυπροπανόλης), προκειμένου να μελετηθούν οι ιδιότητες αυτο-οργάνωσής τους σε διαλύματα. Η σύνθεση των συμπολυμερών έγινε με την τεχνική πολυμερισμού RAFT. Η συγκεκριμένη τεχνική κάνει χρήση ενός οργανικού αντιδραστηρίου μεταφοράς αλυσίδας, το οποίο είναι υπεύθυνο για τη διατήρηση του ελέγχου του πολυμερισμού, με αποτέλεσμα τη σύνθεση καλά καθορισμένων πολυμερών με σχετικά στενές πολυδιασπορές. Επιπλέον, ακολούθησε μια αντίδραση τεταρτοταγοποίησης των αμινομάδων της συστάδας PDMAEMA, μετατρέποντάς την σε ισχυρό κατιοντικό πολυηλεκτρολύτη. Ο μοριακός χαρακτηρισμός των συμπολυμερών, αλλά και των τεταρτοταγοποιημένων1αναλόγων τους, πραγματοποιήθηκε με τις τεχνικές SEC, H-NMR και ATR-FTIRπιστοποιώντας την επιτυχή σύνθεσή τους, με αποδόσεις, μοριακά βάρη και σύσταση πολύ κοντά στις θεωρητικές τιμές. Οι μελέτες των συμπολυμερών σε υδατικά διαλύματα με τις τεχνικές DLS, ζ-δυναμικού και φασματοσκοπίας φθορισμού με πυρένιο ως ιχνηθέτη έδειξαν ότι με την αλλαγή συγκεκριμένων φυσικοχημικών παραμέτρων, όπως η θερμοκρασία, το pH και το πρωτόκολλο διαλυτοποίησης, μπορεί να ελεγχθεί η μορφολογία, η δομή και η υδροφοβικότητα του συστήματος. Η αξιολόγηση του φυσικοχημικού χαρακτηρισμού των PDAMEMA-b-PHPMA σε υδατικά διαλύματα, αλλά και ο κατιοντικός χαρακτήρας της συστάδας του PDMAEMA οδήγησε στον σχεδιασμό συμπλόκων με βιομακρομόρια πρωτεΐνης και DNA για τη δημιουργία βιο-υβριδικών νανοσυστημάτων. Η επιτυχής σύμπλεξη με BSA, αλλά και με DNA, οδήγησε στη δημιουργία βιο-υβριδικών δομών με ενδιαφέροντα χαρακτηριστικά αυτο-οργάνωσης, τα οποία εξαρτώνται από ποικίλους παράγοντες, όπως το μοριακό βάρος της κάθε συστάδας, η αναλογία του συμπολυμερούς με το αντίστοιχο βιομακρομόριο και το πρωτόκολλο διαλυτοποίησης. Από τις παραπάνω μελέτες προκύπτει ότι πιθανώς η συστάδα του PHPMA προτιμά να δημιουργεί δεσμούς υδρογόνου, είτε με τις αμινομάδες της συστάδας του PDMAEMA, είτε με τα υδροξύλια της ίδιας συστάδας. Αυτό οδήγησε στον σχεδιασμό και την επιτυχή ανάπτυξη καινοτόμων αστεροειδών συμπολυμερών με διασταυρωμένο πυρήνα PHPMA, με σκοπό τον εγκλωβισμό υδρόφοβων φαρμακευτικών ουσιών, και κλάδους POEGMA, οι οποίοι προσδίδουν στο σύστημα κολλοειδή σταθερότητα, βιοσυμβατότητα και ιδιότητες απόκρυψης από το ανοσοποιητικό σύστημα. Οι μελέτες των απλών αστεροειδών δομών σε υδατικά διαλύματα παρουσίασαν πολύ ελκυστικά χαρακτηριστικά για τον εγκλωβισμό φαρμακευτικών ουσιών, με αποτέλεσμα να ακολουθήσει ο επιτυχής εγκλωβισμός της κουρκουμίνης και ο περαιτέρω φυσικοχημικός χαρακτηρισμός των διαλυμάτων με τεχνικές DLS, ζ-δυναμικού, UV-Vis, ATR-FTIR. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το σύστημα έχει εξαιρετική σταθερότητα, μονοδιάσπαρτα σωματίδια και στενές πολυδιασπορές μεγέθους, χαρακτηριστικά που τα κάνουν πολύ ελκυστικά ως δυνητικούς νανοφορείς φαρμάκων με υδροξυλομάδες. Παράλληλα με τις αστεροειδείς δομές, έγινε ο σχεδιασμός και η επιτυχής ανάπτυξη καινοτόμων διακλαδισμένων/εμβολιασμένων μακρομοριακών δομών τύπου «χτένας» (comb, graft) με την αντίδραση εστεροποίησης των υδροξυλομάδων του PHPMA και των καρβοξυλομάδων του αντιδραστηρίου μεταφοράς αλυσίδας CDTP και εν συνεχεία τον συμπολυμερισμό του PDMAEMA με την τεχνική πολυμερισμού RAFT. Συμπληρωματικά, έγινε και η σύνθεση των τεταρτοταγοποιημένων αναλόγων τους. Ο μοριακός χαρακτηρισμός με SEC, NMR και ATR-FTIR έδειξε την επιτυχή σύνθεση, ενώ ακολούθησαν μελέτες σε υδατικά διαλύματα, ο οποίες έδειξαν και πάλι την εξάρτηση των δομικών και φυσικοχημικών χαρακτηριστικών του συστήματος από τις παραμέτρους της θερμοκρασίας, του pH και του πρωτόκολλου διαλυτοποίησης.