Одними з найбільш перспективних лікарських препаратів, що застосову­ються для терапії широкого кола захворювань людини є нуклеїнові кислоти. Ключовою проблемою в генній терапії є створення безпечних і ефектив­них носіїв для доставки нуклеїнових кислот в клітини (поліплексів), які формуюються на основі природних і синтетичних полімерів і є перспектив­ною альтернативою вірусним формам доставки. Конюгація ДНК з полікатіо­ном захищає макромолекули ДНК від атаки позаклітинними ферментами і забезпечує поглинання клітинами таких полімерних комплексів через ендоцитоз.

Розроблені нами методики синтезу (схема 2,11) дозволяють не тільки впли­вати на колоїдно-хімічні властивості полімерів, а і керувати їх реакційною здатністю через введення вільних аміно­груп в склад таких амінофункційних ко­поліестерів. Це забезпечує умови для зв’язування генного матеріалу – плаз­мідної ДНК амінофункційним кополіес­тером і утворення поліплексів нового покоління. Результати дослідження величини ζ-потенціалу міцел кополіестеру GluNH2/GluL[0,28/0,72]-PEG600, а також його поліплексів з плазмідною ДНК дали можливість встановити оптимальні кількісні співвідношення амінофункційного кополіестеру до ДНК. Найбільш ефективно зв’язування макромолекул ДНК відбувається при рН 5,5 і для зв’язування 1 мг нуклеїнової кислоти необхідно 60-70 мг кополіестеру. При цьому відбувається формування нанорозмірних частинок поліплексів (від декількох десятків до декількох сотень нм), з позитивним зарядом, що забезпечує їх агрегативну стабільність.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Для підтвердження ефективного зв’язування ДНК у поліплексі були проведені до­слідження гель-електрофорезу нанокомплексів GluNH2/GluL[0,28/0,72]-PEG-600 з ДНК у 1% агарозному гелі. Отримані результати вказують на те, що амфіфільні амінофункційні поліестери з вільними аміногрупами здатні зв’язувати макро­молекули ДНК і можуть ефективно використовуватися як засоби доставки генів.

Рис. 15 Утворення тривимірної сітки гідрогелю прищепленої до поверхні поліпропілену при конденсації форполімерів

Рис. 16 . Закономірності вивільнення Судану III з гідрогелевих матриць (приведено до одиниці площі) 1 - гідрогель без модифікації 2 – гідрогель модифікований амінофункційним кополіестеретером ко-(GluSt-DPG-GluSt)-ко-PEG1000.

 

В останні десятиліття зростаючий інтерес викликають полімерні гідрогелі. Актуаль­ність їх застосування полягає в тому, що вони мають біосумісні властивості, не спричиняють подразнення та реакції з боку тканин організму, які з ними кон­тактують. Застосування гідро­гелів в медицині, часто стика­ється з проблемою їх недостат­ньої механічної міцності та сповільнені процеси сорбції-десорбції ліпофільних лікарських препаратів. За нашою думкою найбільш перспективним, методом покращення експлуатаційних характеристик гідрогелів, який не викликає зміни їх природи, можна вважати ковалентне закріплення полімерних каркасів, що складають основу гідрогелю, на носіях, як правило, полімерної природи. Розроблений кополімер N-[(трет-бутилперокси)метил]акриламід-ко-октилметакри­лат з фрагментами первинно-третинного пероксиду у бічних відгалуженнях який, як було нами доведено, є ефективним модифіка­тором поверхонь полімерів карбо­ланцюгової природи. Це дало можливість ковалентно приєднувати до полімерних поверхонь полімерні шари різної природи [Патент України 85990С2].

Наявність в наношарі прищепленого до поверхні модифікатора реакційно здатних пероксидних груп дозволяє здійснювати полімеризацію функціо­нальних мономерів, ініційовану за механізмом „прищеплення від”. Таким чином, було одержано моди­фіковані ковалентно прищепленим поліакриламідом поліпропіленові но­сії, в тому числі гнучкі поліпропі­ленові сітки. Наявність на поверхні прищеплених макромолекул дало можливість запропонувати метод утворення тривимірної сітки гелю через взаємодію поліакриламіду та полі-N-(гідроксиметил)акриламіду (як макрозшивача) з залученням у процес конденсації поверхневих прищеплених шарів поліакриламіду, як це зображено на рис. 15. Така взаємодія забезпечує ковалентне приєднання полімерного каркасу гідрогелю до полімеру субстрату. Перевагою утворення гідрогелю за таким методом є відсутність в гідрогелі низькомоле­кулярних зшивачів таких як формальдегід чи глутаровий альдегід які мають токсичні властивості і при структуруванні якими є необхідність ретельної очистки гідрогелю від їх непрореагованих залишків та токсичних побічних продуктів.

В результаті поведених досліджень розроблено метод формування три-вимірного полімерного каркасу гідрогелю з його одночасним прищепленням до пероксидо­ваної полімерної поверхні для створення гідрогелевих полімерних систем з покра­щеними фізико-механічними та функційними властивостями. Це дозволяє прово­дити їх зневоднення, стерилізацію та набухання з одночасною сорбцією лікарських засобів для наступного їх вивільнення при лікуванні. Це значно розширює можли­вості гідрогелевих лікарських систем і вигідно відрізняє їх від відомих виробів цього спрямування.

Основним недоліком гідрогелів який спонукає до пошуків нових рішень є з одного боку складність їх наповнення ліпофільними сполуками якими в більшості випадків є ліки, а з другого боку сповільнене вивільнення ліпофільних препаратів з структурованого об’єму гідрофільного водного середовища гідрогелю. Цей недолік може бути суттєвим особливо при створенні трансдермальних засобів доставки лікарських препаратів до яких відносяться і потиопікові повязки.

Нові можливості у покращенні властивостей гідрогелів, виникли з розробкою методів синтезу нових амфіфільних амінофункційних диестеретерів та поліестерів на основі похідних природніх двоосновних амінокислот і поліетердіолів розглянутих вище. Кополіестери наведених структур (схеми 10,11) мають поверхнево-активні властивості, здатні утворювати самостабілізовані дисперсні системи з частинками нанометричних розмірів, які солюбілізують ліпофільні сполуки. В залежності від величин фрагмента R (схема 10,11) та поліетерного фрагменту у їх структурі вони мають широкий спектр властивостей: емульгатори дисперсних систем «масло-вода», та «вода-масло», змочувачі, солюбілізатори. На це вказують значеннях чисел ГЛБ синтезованих диестерів їх солей та поліестеретерів згідно яких можна прогнозувати область застосування ПАР у відповідності до їх будови та властивостей.

Наночастинки амфіфільних кополіестерів були введені в полімерну матрицю гідрогелю на стадії структурування у вигляді водної нанорозмірної дисперсії. Це забезпечило утворення в структурованому гідрогелі ліпофільних доменів через наявність алкільних фрагментів, які формують ядро наночастинки. Така модифіка­ція була здійснена в умовах структурування гідрогелю і забезпечила наявність ліпофільних доменів в структурі сітки гідрогелю, що покращує вивільнення ліпо­фільних сполук (дифузію) з структурованої матриці гідрогелевого середовища.

З даних рис. 16 видно, що введення дисперсії модифікатора в матрицю гідрогелю забезпечує прискорення вивільнення ліпофільного Судану в модельне середовище октанолу-1 (рис. 16 крива 2). Без такої модифікації з гідрогелю в октанол за час спостереження (6 міс) барвник практично не вивільняється (рис. 16 крива 1).

Створення регулярно розподілених ліпофільних зон в матриці гідрогелю забезпечує швидку сорбцію ліпофільних сполук та відповідно можливість вивільнення при наявності градієнту концентрацій. Модифіковані полімерні гідрогелі, можуть відігравати не тільки роль інертної матриці, але й здійснювати регулювальну і тран­спортну функції за рахунок контрольованого ступеня зшивання та введених актив­них хімічних фрагментів. Це надає їм нові можливості у розв'язанні проблем цільового транспорту лікарських речовин.

Висновки

· Створені наукові та практичні основи синтезу амінофункційних поліестеретерів двоосновних α-амінокислот та поліетердіолів різної природи. Досліджено та встановлено хімізм та механізм формування їх макромолекул. Розроблено методи синтезу амфіфільних полімерів – амінофункційних кополіестерів двоосновних α-амінокислот та поліетердіолів через систематичне дослідження закономірностей поліестерифікації за реакцією Стегліха. З застосуванням кінетичного методу досліджено механізм формування макромолекул поліестеретерів. Вперше проведена оцінка варіантів синтезу кополіестерів за реакцією Стегліха та проведена оптимізація їх отримання з виходами понад 90%.

· Оптимізація умов проведення реакції синтезу кополіестерів показала, що більш високі ступені поліконденсації досягаються в наступних умовах: і. допустимого надлишку діолу; іі. температурному інтервалі 286÷291К ііі. при використанні нуклеофільного агенту - 4-диметиламінопіридину (DMAP).

· Обґрунтована природа та структура макромолекул нового класу амінофункційних кополіестерів на основі природніх двоосновних α-амінокислот та поліетердіолів для створення полімерних основ систем доставки ліків та синтезовано ряд нових кополіестерів. Вперше розвинута концепція регулювання біфільності макромолекул амінофункційних кополіестерів через відповідні реакції поліконденсації мономерних фрагментів заданої структури і властивостей.

· Розвинуті уявлення про можливості регулювання колоїдно-хімічних та інших фізико-хімічних властивостей нових полімерів через теоретично обґрун­товане конструювання елементарних ланок макромолекул. Розроблені практичні рекомендації по синтезу амінофункційних кополіестерів заданої структури та властивостей. Досліджено колоїдно-хімічні властивості амінофункційних кополіестерів в залежності від їх структури та молекулярної маси та показано, що природа і структура біфільних макромолекул кополіестерів цілеспрямовано дозволяє регулювати колоїдно-хімічні властивості дисперсної фази.

· Розроблено теоретичні та практичні основи формування в водному середовищі і фізіологічних розчинах дисперсної полімерної фази наночастинок нових амінофункційних кополіестерів. Вивчено структуру та морфологічні особливості частинок дисперсної фази в залежності від складу та будови макромолекул. Встановлений взаємозв’язок між поверхнево-активними властивостями макромолекул нових кополіестерів та їх будовою, надав можливість формування агрегативно стійких водних нано - та мікророзмірних дисперсій.

· Розроблено теоретичні та практичні основи використання водних дисперсій нових амінофункційних кополіестерів в якості систем доставки терапевтичних препаратів. Досліджено закономірності солюбілізації малорозчинних органічних речовин (в тому числі біологічного походження) в водних дисперсіях синтезованих кополіестерів. Досліджено закономірності вивільнення органічних речовин з дисперсної фази дисперсій нових полімерів в полярне (водне) та неполярне (органічне) середовища в залежності від природи та структури полімерних міцел, оцінено можливість міжфазного переносу водне-органічне середовище макромолекул амінофункційних кополіестерів та ліків солюбілізованих в їх міцелах.

· Дослідження та аналіз особливостей структури та форми частинок дисперсної фази водних дисперсій кополіестерів за допомогою малокутового розсіювання нейтронів (SANS) та трансмісійної елекронної мікроскопії (ТЕМ) дозволили розширити фундаментальні знання в області формування полімерних колоїдних систем, теорії стійкості самостабілізованих полімерних дисперсій та особливостей солюбілізації ними малорозчинних ліпофільних органічних сполук. Узагальнюючи геометричні показники SANS можна стверджувати, що дисперсна фаза містить частинки з гідрофобним ядром в формі паралелепіпеда з короткою стороною 50÷200 нм, середньою стороною - 450÷800 нм та довгою стороною 800÷1200 нм, який оточений гідратованою оболонкою 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.

· Узагальнені можливі шляхи використання отриманих водних дисперсій нових амінофункційних кополіестерів в якості систем доставки терапевтичних препаратів. Показано можливості використання нових амінофункційних катіоноактивних кополіестерів, як полімерних носіїв для введення нуклеїнових кислот у клітини. Досліджено умови утворення поліплексів плазмідної ДНК з новими амфіфільними катіоноактивними полімерними носіями для використання у генній інженерії.

· Розроблено наукові та практичні підходи використання амінофункційних кополіестерів як компонентів наноконтейнерів у поліакриламідних гідрогелевих композитах прищеплених до полімерних волокон, з регульованими фізико-механічними властивостями для створення нових планарних систем пролонгованого вивільнення ліпофільних сполук.

· В результаті проведених досліджень створено новий напрямок в хімії високомолекулярних сполук – синтез нового класу поліестерів на основі двоосновних α-амінокислот та поліетердіолів через низькотемпературну поліконденсацію за реакцією Стегліха.

· ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ ВИКЛАДЕНО В ТАКИХ ПУБЛІКАЦІЯХ:

Монографія , Пероксидовмісні макромолекули на межі розділу фаз. Монографія –Львів: «Львівська політехніка», 2011. – 333 с. (Особистий внесок дисертанта: участь у формулюванні завдань, участь у написанні розділів 3,4,5 та оформленні монографії).

Статті

1. Voronov S., Tokarev V., Varvarenko S., Samaryk V., Stetsyshyn Yu., Roiter Yu., Nosova N. Chemische Modifizierung peroxidierter Polymeroberflächen für die Anwendung in der Medizin // Technomer 20F.18. - P. MT2(1)-MT2(11). (Особистий внесок дисертанта: виконання частини експериментальної роботи, обговорення результатів).

2. , , , Модифікація поверхні поліпропілену за методиками "прищеплення від" та "прищеплення до" за допомогою гетерофункціонального поліпероксиду // Вісник НУ “Львівська політехніка”, Хімія, технологія речовин та їх застосування№ 000.- с. 339-343. (Особистий внесок дисертанта: формулювання завдань, обговорення результатів).

3. Nosova N., Roiter Yu., Samaryk V., Varvarenko S., Stetsyshyn Yu., Minko S., Stamm M., Voronov S. Polypropylene surface peroxidation with heterofunctional polyperoxides // Macromolecular Symposia№ 000. - P.339-338. (Особистий внесок дисертанта: виконання частини експериментальної роботи, обговорення результатів).

4. , , , Активація полімерної поверхні поліпероксидами: конструювання наношарів “прищепленням від” або “прищепленням до” // Доповіді НАН України№ 4. - С.136-141.(Особистий внесок дисертанта: обговорення результатів, участь у написанні статті).

5. , , , , Тарнавчик І. Т. Пероксидація полімерних поверхонь поліперестерами // Вісник НУ “Львівська політехніка”, Хімія, технологія речовин та їх застосування№ 000.-с.236-239.(Особистий внесок дисертанта: формулювання завдань, виконання частини експериментальної роботи, обговорення результатів).

6. , , Cтецишин Ю. Б., Г., Формування антибактеріальних покрить на пероксидованих полімерних поверхнях // Доповіді НАН України№1 - С.153-156. (Особистий внесок дисертанта: виконання частини експериментальної роботи, обговорення результатів).

7. S. Voronov, S. Varvarenko, V. Samaryk, Yu. Stechyshyn, N. Nosova, Yu. Royter Neues berflächen veredlungs verfahren von Kunststoffteilen durch Polyperoxiden // Technomer 20F.1. - P.49-59. (Особистий внесок дисертанта: виконання частини експериментальної роботи, обговорення результатів, участь у написанні статті).

8. V. Samaryk, S. Varvarenko, I. Tarnavchyk, N. Nosova, N. Puzko, S. Voronov Formation of Polymer Nanolayers with Special Properties at Polymer Surfaces // Macromolecular Symposia. 2008.- V. 267, Issue 1, P: 113-117.(Особистий внесок дисертанта: формулювання завдань, виконання частини експериментальної роботи, обговорення результатів).

9. І. Т. Тарнавчик, , та ін. Формування гідрогелей прищеплених до полімерної поверхні для біомедичних застосувань // Доповіді НАН України№ 8. - С.105-120. (Особистий внесок дисертанта: виконання частини експериментальної роботи, обговорення результатів).

10. І. Т. Тарнавчик, , , , та ін. Формування пористих гідрогелів з регульованими фізико-механічними властивостями // Доповіді НАН України№ 9. - С.101-113. (Особистий внесок дисертанта: виконання частини експериментальної роботи, обробка експериментальних даних, обговорення результатів).

11. Тарнавчик І. Т., , Формування перехреснозшитих гідрогелей, ковалентно закріплених на полімерній поверхні/ // Вісник НУ “Львівська політехніка”, Хімія, технологія речовин та їх застосування№ 000. - С.334-337. (Особистий внесок дисертанта: формулювання завдань, виконання частини експериментальної роботи, обговорення результатів).

12. , І. Т. Тарнавчик, , Новий метод синтезу пористих гідрогелів // Вісник НУ “Львівська політехніка”, Хімія, технологія речовин та їх застосування№ 000. - С.338-340.(Особистий внесок дисертанта: виконання частини експериментальної роботи, обговорення результатів).

13. Kohut, A. M., Voronov, A. S., Varvarenko S. M., Samaryk, V. Y., [and others] Development of hydrogels grafted to a polypropylene substrate using a novel polyperoxide macroinitiator // 2009, PMSE Preprints, - V 100, P. 423-425. (Особистий внесок дисертанта: виконання частини експериментальної роботи, обговорення результатів).

14. , , Тарнавчик І. Т., , Особливості активації поліпропіленової поверхні з використанням N-[(трет-бутилперокси)метил]акриламід-ко-октилметакрилату // Вісник НУ “Львівська політехніка”, Хімія, технологія речовин та їх застосування – 2009. –- № 000, C. 279-283. (Особистий внесок дисертанта: формулювання завдань, виконання частини експериментальної роботи, обговорення результатів, написання статті).

15. , , , Тарнавчик І. Т., , Основні закономірності прищеплення поліакриламідних ланцюгів до пероксидованої поліпропіленової поверхні // Вісник НУ “Львівська політехніка”, Хімія, технологія речовин та їх застосування – 2009. –№ 000, C. 274-278. (Особистий внесок дисертанта: формулювання завдань, виконання частини експериментальної роботи, обговорення результатів).

16. , , І. Т. Тарнавчик, , , , Синтез пероксидного мономеру, похідного акриламіду, та його кополімеру з октилметакрилатом для пероксидації полімерних поверхонь // Доповіді НАН України№ 8 - С.134-139. (Особистий внесок дисертанта: виконання частини експериментальної роботи, обговорення результатів, участь у написанні статті).

17. Varvarenko S. M., Samaryk V. Ya., Tarnavchyk I. T., Voronov A. S., Nosova N. G., Kohut A. M., Voronov S. A. A New Acrylamide-Based Peroxide Monomer: Synthesis and Copolymerization with Octyl Methacrylate // Macromolecules – 2009, - № 42, Р. 6495–6500. (Особистий внесок дисертанта: участь у формулюванні завдань, обговорення результатів).

18. V. Samaryk, S. Varvarenko, A. Voronov, I. Tarnavchyk, A. Kohut, N. Nosova, S. Voronov A Versatile Approach to Develop Porous Hydrogels with a Regular Pore Distribution and Investigation of their Physicomechanical Properties // Journal of Applied Polymer Science, - 2009, Vol. 114, P. . (Особистий внесок дисертанта: оброблення експериментальних даних, обговорення результатів, участь у написанні статті).

19. I. Tarnavchyk, S. Varvarenko, A. Voronov, A. Kohut, N. Nosova, V. Samaryk, S. Voronov Reactive Hydrogel Networks for Fabrication of Metal-Polymer Nanocomposites // Macromol. mun. -2009, Volume 30, Issue 18, p . (Особистий внесок дисертанта: виконання частини експериментальної роботи, обговорення результатів).

20. S. Varvarenko, I. Tarnavchyk, A. Voronov, A. Kohut, N. Nosova, V. Samaryk, S. Voronov Porous polymeric hydrogels made using surface modified reactive particles // PMSE Preprints - 2009, V 30, P. . (Особистий внесок дисертанта: формулювання завдань і виконання частини експериментальної роботи, обговорення результатів).

21. Kohut, A.; Voronov, A.; Tarnavchyk, I.; Samaryk, V.; Nosova, N.; Varvarenko, S.; Voronov, S. Synthesis of metal-polymer nanocomposites using reactive hydrogel networks // PMSE Preprints (2010), 102, . (Особистий внесок дисертанта: виконання частини експериментальної роботи, обговорення результатів).

22. , , , І. Т. Тарнавчик, , Гідрогелі на основі поліакриламіду як матриці для синтезу наночастинок срібла // Вісник Національного університету „Львівська політехніка”– 2010. - № 000. - С. 365-400 (Особистий внесок дисертанта: формулювання завдань, виконання частини експериментальної роботи, обговорення результатів, написання статті).

23. S. Varvarenko, A. Voronov, V. Samaryk, I. Tarnavchyk, N. Nosova, A. Kohut, S. Voro­nov Covalent grafting of polyacrylamide-based hydrogels to a polypropylene surface activated with functional polyperoxide // Reactive and Functional Polymers – 2010, № 70, P. 647-655 (Особистий внесок дисертанта: формулювання завдань, виконання частини експериментальної роботи, обговорення результатів, написання статті).

24. S. Varvarenko, V. Samaryk, N. Nosova, N. Puzko, R. Taras, I. Tarnavchyk, A. Voronov, A. Kohut, S Voronov “Prediction of interfacial interactions between polymer layers”// Macromolecular Symposia. – 2010, V. 298, P. 147-150 (Особистий внесок дисертанта: формулювання завдань, виконання частини експериментальної роботи, обговорення результатів, написання статті).

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7