Амінофункційні поліестери природніх двоосновних амінокислот і поліетердіолів (стр. 5 )

Встановлено, що кополіестеретери, які здатні понижати поверхенвий натяг нижче 48 мН/мм утворюють в водному середовищі самостабілізовану дисперсну фазу полімерних частинок нано - та мікрометричного розміру.

Рис. 11 Гістограми розподілу діаметру дисперсної фази від концентрації кополіестеру ко-(Glu(St)-PPG1000-Glu(St))-ко-PEG400.

Кополіестеретери, які понижа­ють поверхенвий натяг до 48÷56 мН/мм також утворюють самостабілі­зовану дисперсну фазу, але вона є нестійкою в часі. Всі інші кополі­естери самостабілізованої дисперсної фази у воді не утворюють.

На рис. 10 наведені характерні ізотерми поверхневого натягу для потрійних кополіестерів, які були одержані шляхом змішаного заван­таження в реакційну суміш поліетер­діолів а також отриманих з викорис­танням наперед синтезованих блоків (диестерів). Особливістю цих ізотерм є наявність двох зламів, які умовно позначені ККМ1 та ККМ2. Лише для окремих потрійних кополіестерів, синтезованих через форполімери, на ізотермі поверхневого натягу другий злам відсутній (рис.10.в). Значення ККМ1 та ККМ2 для різних зразків кополіестерів наведені в табл. 3. Можна зробити висновок, що значення ККМ1 і ККМ2 в значній мірі корелюють між собою і є симбатні молекулярній масі фрагменту PEG в складі макромолекули. В роботі наве­дені відповідні кореляційні залежності поверхневої активності потрійних кополіестерів та значень ККМ1 та ККМ2 від їх будови. Якщо ККМ1 інтерпретується як критична концентрація міцелоутворення в розчині кополіестеретеру то природа другого зламу (ККМ2) на ізотермах поверхневого натягу стає зрозумілою після аналізу залежності розміру полімерних частинок (DLS) дисперсної фази від її концентрації.

На рис. 11 наведені гістограми розподілу діаметру частинок дисперсної фази від її концентрації. Аналіз зміни характеру розподілу частинок дисперсної фази показує, що при концентраціях близьких до ККМ1 в розчині формується дисперсна фаза з середнім розміром частинок 80-160 нм. Зі збільшенням концентрації кополі­естеру відбувається самоорганізоване перегрупування цих частинок в дисперсну фазу з розміром частинок 230÷700 нм в залежності від складу та способу одержання кополіестеру. Концентрація при якій спостерігається масове перегрупування частинок дисперсної фази добре корелює зі значенням ККМ2. Таким чином, ККМ2 слід трактувати як концентрацію, яка характеризує агрегування дисперсної фази. Для тих кополіестерів, в розчинах яких не спостерігається ККМ2 не спостерігається і описаного вище перегрупування при DLS дослідженнях.

В роботі було проведено дослідження морфології частинок дисперсної фази кополіестерів методом малокутового нейтронного розсіювання (SANS), який дозвляє отримати іформацію не лише про геометричні розміри частинок дисперсної фази, а і дані про їх структурну організацію. Аналіз кривих розсіювання з викорис­танням модель незалежних методів Гіньє, Краткі та Порода дозволив зробити вис­новок, що частинки водних дисперсій синтезованих кополіестерів (незалежно від способу синтезу) складаються з паличкоподібних частинок та утворень у вигляді паралелепіпедів. При тому, оба типи утворень мають структуру «ядро-оболонка» з гідрофілізованою оболонкою з гідратованих ланцюгів PEG та ліпофільного ядра, яке формується алкільними ланцюгами N-замісників Д-α-АК. Ці два шари об’єднуються через проміжний шар, з менш яскраво вираженими ліпофільними властивостями, який сформований в основному з PPG ланцюгів та естерних груп. Наявність гідратованого шару PEG ланцюгів була підтверджена також термограві­метричним аналізом визначення частки «зв’язаної води».

Рис. 12. Гістограми розподілу діаметру частинок дисперсної фази від концентрації кополіестеру ко-(Glu(St)-PPG1000-Glu(St))-ко-PEG400 при концентраціях нижчих за ККМ1

Для визначення геомет­ричних розмірів дисперсної фа­зи за кривими SANS, було вико­ристано модель залежні мето­дики за моделями циліндра з оболонкою та паралелепіпеда з оболонкою. Даний аналіз дозво­лив зробити висновок, що дис­персна фаза складається з па­личкоподібних частинок з діа­метром ліпофільного ядра 3,8÷5,0 нм та довжиною 10÷25 нм оточеного гідратною облон­кою товщиною 2÷2,5 нм та з більших частинок дисперсної фази у вигляді паралелепіпеда з гідратованою облонкою. Розміри останніх суттєво залежать від складу кополіесте­ру, способу одержання, концентрації та температури. Отримані дані дють підстави вважати, що частики дисперсної фази у формі паралелепіпеда містять ліпофільне ядро з короткою стороною 50÷200 нм, середньою стороною - 450÷800 нм та довгою стороною 800÷1200 нм, та зовнішній гідратований шар товщиною 1,7÷2,5 нм. Порівняльний аналіз даних DLS і SANS досліджень показує, що частинки з формою паралелепіпеда на гістограмах DLS відповідають частинкам, яких є переважаюча кількість при значеннях концентрацій дисперсної фази між ККМ1 та ККМ2.

Рис. 13. ТЕМ мікрофотографії частинок дисперсної фази -(Glu(St)-PPG1000-Glu(St))-ко-PEG400.

Частинки, що переважно формують дисперсну фазу при концентраціях більших за ККМ2 не реєструвались методом SANS через їх значні геометричні розміри. Час­тинки полімерної дисперсії з розмірами які відповідали би частинкам паличко­подібної форми методом DLS були зареєстровані лише в дуже розбавлених розчи­нах (при концентрації меншій за ККМ1) та при значному накопиченні сигналу. Гістограми розподілу одержані в таких умовах наведені на рис. 12. Гідродинамічний діаметр цих частинок складає 18 нм, що добре узгоджується з розмірами паличкоподібних частинок дисперсної фази за даними SANS.

Наявність в дисперсній фазі паличкоподібних частинок та частинок в формі паралелепіпеда було підтверджено TEM мікроскопією з контрастуванням частинок за допомогою фосфорновольфрамової кислоти. Типові знімки наведені на рис.13. Таким чином, проведений комплекс досліджень дозволив встановити залежність між структурою одержаних поліестеретерів з їх колоїдно-хімічними властивостями та структурою і властивостями самостабілізованої дисперсної фази полімерних частинок.

Амінофункційні кополіестеретери – як нові об’єкти для медико-біологічних застосувань.

Наносистеми, які створені на основі амфіфільних кополімерів, викликають зростаючий інтерес у фармакології та медицині, тому що вони здатні транспорту­вати лікарські речовини всередину клітин. Однією з їх основних властивостей є здатність до солюбілізації таких препаратів. Для ефективного транспорту необхідні певні взаємодії полімерного матеріалу дисперсної фази з плазматичною мембраною клітини. Мірою рівня взаємодії прийнято вважати ліпофільність молекул, яка виз­начає їх можливість взаємодіяти з ліпідними шарами клітинних мембран і як наслідок здатність проникати через ці шари. Здатність до солюбілізації частинками дисперсної фази АПЕ досліджували при солюбілізації толуолу та Судану III, як модельних сполук, що є малорозчинними у воді. Результати солюбілізації толуолу, наведені на рис. 14 а. Видно, що максимальна кількість солюбілізованого толуолу коливається в межах 0,75 до 2,25 г на грам кополіестеру і залежить від його структури. Кількість солюбілізованого толуолу при вищих концентраціях становить 0,25 до 0,75 г на грам поліестеру. З кривих солюбілізації в логарифмічних координатах видно, що область концентрацій максимальної солюбілізації толуолу визначається значеннями ККМ1 та ККМ2 – з максимумом в концентраційному інтервалі між цими перегинами на ізотермах поверхневого натягу (рис. 10). Крім того, видно, що в інтервалі до ККМ1 толуол не солюбілізується. Наведені дані (рис. 14) показують, що толуол макси­мально солюбілізують частинки, які на гістограмах розподілу (рис. 11) мають розмір 80-160 нм.

1-кo-(Glu(St)-DPG-Glu(St))-кo-PEG400 2-кo-(Glu(St)-DPG-Glu(St))-кo-PEG600 3-кo-(Glu(St)-PPG400-Glu(St))-кo-PEG300 4-кo-(Glu(St)-PPG1000-Glu(St))-кo-PEG400 5-кo-(Glu(St)-PPG1000-Glu(St))-кo-PEG400 Рис. 14 Залежність кількості солюбілізованого толуолу г/г полімеру від концентрації дисперсії в прямих (а) та логарифмічних координатах (б).

На рис. 15 наведені гістограми розподілу розмірів частинок дисперсної фази кополіестеру ко-(Glu(St)-DPG-Glu(St))-ко-PEG1000 до і після солюбілізації толуолу. Видно, що розподіл частинок дисперсної фази який до солюбілізації мав виражений бімодальний характер (рис. 15 а) після солюбілізації став мономодальним. При цьому, якщо діаметр частинок першої моди до солюбілізації становив 182 нм, а їх частка була близькою 45% за об’єму, то після солюбілі­зації спостерігається частинки дисперсної фази з розміром 75 нм.

Рис. 15. Гістограми розподілу розмірів частинок дисперсної фази кополіестеру ко-(Glu(St)-DPG-Glu(St))-ко-PEG1000 при концентрації 0,05% до солюбілізації толуолу (а) та з солюбілізованим толуолом (б).

Наведені результати дозволяють зробити висновок про те, що водні дисперсії синтезованого класу кополіестерів забезпечують високий рівень солюбілізації малорозчинних у воді органічних сполук. Крім того, важливою властивістю полімер­них дисперсій, які використовуються як дисперсні системи достаки ліків є їх здат­ність до вивільнення солюбілізованих сполук в ліпофільну фазу. Цю властивість ха­рактеризували через визначення коефіцієнта розподілу у двофазній системі н-октанол-вода. Для дослідження були обрані потрійні кополіестери які утворюють стійкі дисперсії у воді.

Параметр ліофільності, який є доволі точною мірою участі речовини в ліпофільних чи гідрофільних взаємодіях, визначали як логарифм коефіцієнту розподілу.

Таблиця 4.

Колоїдно-хімічні характеристики синтезованих АПЕ

№	Структура елементарної ланки полімеру	Вміст, N %	K	Log К	ГЛБD	ГЛБD1
1	ко-(Glu-St-DPG-Glu-St)-ко-PEG-300	2,51	6,8	1,43	5,8	2,51
2	ко-(Glu-St-DPG-Glu-St)-ко-PEG-400	2,14	5,4	0,73	6,4	3,17
3	ко-(Glu-St-DPG-Glu-St)-ко-PEG-1000	1,8	1,8	0,25	7,5	7,62
4	ко-Glu-St-ко-DPG-ко-PEG-600	8,8	8,8	0,95	6,2	10,6
5	ко-Glu-St-ко-DPG-ко-PEG-1000	0,2	0,2	-0,73	7,0	13,6
6	ко-Glu-St-ко-DPG-ко-PEG-2000	0,7	0,7	-0,15	7,1	20,8

1- ко-(Glu(St)-DPG-Glu(St))-ко-PEG300 2- ко-Glu(St)-ко-DPG-ко-PEG600 3- ко-(Glu(St)-DPG-Glu(St))-ко-PEG400 4- ко-(Glu(St)-DPG-Glu(St))-ко-PEG1000 5- ко-(Glu(St)-DPG-Glu(St))-ко-PEG2000 6- ко-(Glu(St)-DPG-Glu(St))-ко-PEG1000

Рис. 16. Залежність критерія ліпофіль­ності (log(K) від структури кополіестерів

Крім коефіцієнту розподілу (параметра ліпофільності) в роботі визначені значення ГЛБ за Девісом. Для визначення ГЛБ найбільш часто застосовують формулу, яка повязує ГЛБ з коефіцієнтом розподілу ПАР між вуглеводневою та водною фазами - ГЛБD, а також розрахунок ГЛБ виходячи з хімічної будови речовини з використанням групових вкладів за Гріффіном ГЛБD1. В табл. 4 наведені розрахо­вані значення ГЛБ ланок синте­зованих кополіестерів. Видно, що нема суттєвої залежності від кілько­сті оксиетиленових ланок у їх складі.

Навіть кополіестери на основі PEG-2000 характеризуються ГЛБ близьким до 7, що свідчить про їх приблизно однакову спорідненість як до вуглеводневої так і до водної фаз.

Разом з тим, значення ГЛБ розраховане за груповими числами тільки в деяких випадках співпадає з розрахованим за коефіцієнтом пере­розподілу. Очевидно, що викорис­товувати розрахунок за груповими вкладами для макромолекул склад­ної будови до яких можна віднести синтезовані потрійні кополіестеретери (схема 8) можна тільки орієнтовно, проте тенденції він відображає правильно якщо порівняти дані таблиці 1 (ГЛБD і ГЛБD1).

Розрахункові значення ГЛБ вказують на те що потужним інструментом управління поверхнево активними властивостями кополіестерів цього типу є також величина алкільного замісника у фрагменті N-заміщеної Д-α-АК. Так, наприклад кополіестер Glu(Ас)-PEG300 який є повністю водорозчинним і практично не понижує поверхневого натягу, а кополіестер Glu(St)-PEG300 уже практично не розчиняється у воді і повністю перерозприділяється у фазу октанолу.

Таблиця 5. Умови утворення поліплексів при для гель електрофорезу

Співвідношення Кополімер/ДНК рН средовища 1 0:100 2 100:1 5.5 3 60:1 5.5 4 40:1 5.5 5 100:1 6.5 6 60:1 6.5 7 40:1 6.5 8 100:1 7.4

Рис.14 Гель-електрофорез поліплексів плазмідної ДНК з амінофункційними кополіестером при їх різних співвідношеннях та значеннях рН.

Розроблені підходи до методу син­тезу дозволяють отримувати кополіесте­ри з комплексом властивостей (поверх­нева активність, біодеградабельність та не токсичність продуктів деградації) які дозволяють використовувати їх для створення систем доставки терапев­тичних препаратів.