Εγκλωβισμός φαρμακευτικών ουσιών σε πολυμερικά μικκύλια

Abstract

Using a combination of ring opening (ROP) and atom transfer radical polymerization (ΑΤRP), amphiphilic linear diblock copolymers PLA-b-PDMAEMA, PDLLA-b-POEGMA and PDLLA-b-POEGA, where successfully synthesized. The homopolymers of poly(lactid acid), synthesized by the ROP of the corresponding lactide, after purification from the catalyst, bear functional end ω-hydroxyl groups. The esterification reaction transforms these hydroxyl groups to bromines, designing macroinitiators capable of initiating ATRP of DMAEMA, OEGMA and OEGA monomers. All final polymers, were characterized by size exclusion chromatography (SEC) and nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H-NMR). The 1,3–dipolar cycloaddition reaction between the terminal ω-azide group of the copolymer PDLLA-b-POEGA and the triple bond of the product of reaction between propargylamine and activated carboxyl groups of biotin and folic acid, led to the entrance of functionalized groups at the end of the hydrophilic POEGA block. The percentage of incorporation of folic acid and biotine biomolecules in diblock copolymers, were determinated with ultraviolet-visible spectroscopy (UV-vis). The solid state properties of PLA-b-PDMAEMA and PDLLA-b-POEGMA, were studied with differential scanning calorimetry (DSC). Dynamic light scattering (DLS), Atomic force microscopy (AFM) as well as scanning electron microscopy (SEM), were used to study the micellar behaviour of amphiphilic copolymer aqueous solutions. The zeta potential (for specific pH values), was measured for pH responsive polymer micelles made from PDLLA-b-PDMAEMA. The afore mentioned characterization techniques indicated the presence of spherical micelles with narrow size polydispersity and diameter~100nm for each case of PDLLA-b-POEGMA, PDLLA-b-POEGA and PDLLA-b-POEGA-(folic acid or biotine) copolymers. The pH responsive polymer micelles, made from copolymers PDLLA-b-PDMAEMA at pH=7,40, are spherical, with narrow size distribution and diameter in the range of 17-37 nm, depending on molecular weight and composition of block copolymers. At pH=6,40, they remain spherical, present broad size distribution and diameter 84-162nm, due to the swelling of their micellar corona. The grade of the micellar swelling, increases at pH=5,00, leading to existence of micellar aggregation in aqueous solution. The study of encapsulation ability, of different pharmaceutical substances and pyrene at polymer micelles, as well as the determination of partition coefficients, K, of pharmaceutical substances and pyrene between polymer micelles and aqueous solutions was investigated with the use of fluorescence spectroscopy.

Πραγματοποιήθηκε η σύνθεση των αμφίφιλων γραμμικών δισυσταδικών συμπολυμερών PLA-b-PDMAEMA, PDLLA-b-POEGMA και PDLLA-b-POEGA, με το συνδυασμό των τεχνικών του πολυμερισμού διάνοιξης δακτυλίου, ROP και του ριζικού πολυμερισμού μεταφοράς ατόμου, ATRP. Τα ομοπολυμερή του πολυ(γαλακτικού οξέος), που συντέθηκαν με τον ROP του λακτιδίου του γαλακτικού οξέος, μετά την απομάκρυνση του καταλύτη φέρουν ελεύθερες ακραίες ω-υδροξυλομάδες. Η αντίδραση εστεροποίησης των ακραίων ω-υδροξυλομάδων με το κατάλληλο ακυλοβρωμίδιο, οδήγησε στη σύνθεση μακροαπαρχητών ικανών να εκκινήσουν τον ATRP των μονομερών DMAEMA, OEGMA και OEGA. Όλα τα πολυμερή χαρακτηρίστηκαν με χρωματογραφία αποκλεισμού μεγεθών (SEC) και φασματοσκοπία πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (1H-NMR). Με την 1,3-διπολική κυκλοπροσθήκη του ακραίου ω-αζιδίου του συμπολυμερούς PDLLA-b-POEGA, στον τριπλό δεσμό του προϊόντος της αντίδρασης αμιδοποίησης της προπαργυλαμίνης, με τις ενεργοποιημένες καρβοξυλομάδες της βιοτίνης και του φολικού οξέος, πραγματοποιήθηκε η εισαγωγή λειτουργικών ομάδων στο άκρο της υδρόφιλης συστάδας POEGA. Τα ποσοστά ενσωμάτωσης των βιομορίων του φολικού οξέος και της βιοτίνης στο συμπολυμερές, προσδιορίστηκαν με την τεχνική της φασματοφωτομετρίας υπεριώδους-ορατού (UV-vis). Μελετήθηκε η συμπεριφορά των συμπολυμερών PLA-b-PDMAEMA και PDLLA-b-POEGMA σε στερεά κατάσταση, με την τεχνική της διαφορικής θερμιδομετρίας σάρωσης με διαμόρφωση (MDSC). Επίσης, μελετήθηκαν τα πολυμερικά μικκύλια που προκύπτουν από τα αμφίφιλα συμπολυμερή σε υδατικό μέσο, με τις τεχνικές της δυναμικής σκέδασης φωτός (DLS), τη μικροσκοπία ατομικών δυνάμεων (AFM) και τη μικροσκοπία ηλεκτρονιακής σάρωσης (SEM). Επιπλέον, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις του ζ δυναμικού των pH αποκρινόμενων μικκυλίων που προκύπτουν από τα συμπολυμερή PDLLA-b-PDMAEMA σε επιλεγμένα pH. Οι παραπάνω μέθοδοι χαρακτηρισμού υπέδειξαν σφαιρικά μικκύλια με στενή κατανομή μεγεθών και διάμετρο περίπου 100nm, για τα συμπολυμερή PDLLA-b-POEGMA, PDLLA-b-POEGA και PDLLA-b-POEGA-(φολικό οξύ ή βιοτίνη), σε κάθε περίπτωση. Τα pH-αποκρινόμενα πολυμερικά μικκύλια που προκύπτουν από τα συμπολυμερή PDLLA-b-PDMAEMA, σε pH=7,40 είναι σφαιρικά, με στενή κατανομή μεγεθών και διάμετρο από 17 έως 37nm, ανάλογα με το μοριακό βάρος και τη σύσταση των συμπολυμερών. Σε pH=6,40, εμφανίζουν μεγάλη κατανομή μεγεθών, παραμένουν σφαιρικά, ενώ έχουν διάμετρο από 84-162nm, εξαιτίας της διόγκωσης της μικκυλιακής τους κορόνας. Ο βαθμός διόγκωσης των μικκυλιακών δομών, αυξάνεται σε pH=5,00, με συνέπεια την ύπαρξη διαμικκυλιακής συσσωμάτωσης στο υδατικό μέσο. Με τη χρήση της τεχνικής της φασματοφωτομετρίας φθορισμού, πραγματοποιήθηκε η μελέτη της ικανότητας εγκλωβισμού διαφορετικών φαρμακευτικών ουσιών και του πυρενίου στα πολυμερικά μικκύλια, ενώ προσδιορίστηκαν και οι συντελεστές κατανομές, K, των φαρμακευτικών ουσιών και του πυρενίου, μεταξύ των πολυμερικών μικκυλίων και των υδατικών διαλυμάτων.