Αναγνώριση λιποσωμάτων επικαλυμμένων με πολυμερή

Abstract

In the present study the molecular recognition between unilamellar liposomes and also the recognition of multilamellar liposomes with unilamellar liposomes and functional dendrimers respectively was investigated. Also the structural features of the aggregates obtained was studied. Furthermore, PEGylated or non-PEGylated unilamellar liposomes bearing guanidinium groups as well as guanidylated dendrimers were investigated as potential drug delivery systems. For accomplishing complementarity between the liposomes, phosphate moieties were introduced at the phosphatidylcholine / cholesterol based liposomal surface through incorporation of dihexadecylphosphate, while the guanidinium group was introduced by incorporating various guanidinium lipids in the membrane. Dendrimer functionalization was achieved by partial guanidylation of the primary amino groups located at their external surface. The multilamellar liposomes prepared in this study possess specificity coupled with molecular complexity and therefore approximately mimic the behavior of biological cells. Molecular recognition between unilamellar liposomes leads to large aggregates or fused liposomes. Fusion takes place under a non-leakage process involving lipid mixing. The presence of PEG in the bilayer, the structure of the guanidinium lipid and the medium modify the interaction effectiveness and the morphology of the obtained aggregates. Specifically the role of the spacer in guanidium moieties enhances binding of liposomal membranes while PEGylated liposomes involve exothermic processes of far lower enthalpic content than non PEGylated liposomes. Unilamellar liposomes were loaded either with the hydrophilic drug doxorubicin (DXR), or with the hydrophobic drug tamoxiphen (TMX), and allowed to interact with multilamellar PC based liposomes bearing complementary recognizable groups. Effective and fast transport of the drugs occurs from the donor unilamellar to acceptor multilamellar liposomes due to their molecular recognition. The transport of TMX is more efficient compared to DXR. This was established for both PEGylated and non-PEGylated unilamellar liposomes and attributed to the different site of solubilization of the drugs in the unilamellar liposomes. PEGylation reduces to some extent the transport of both drugs since it reduces the interaction efficiency. Multilamellar liposomes were also interacted with functional poly(propylene imine) based dendrimers, leading to large aggregates which precipitated. The degree of dendrimeric guanidylation and the medium modify the interaction effectiveness. The process is reversible and re-dispersion of the aggregates occurs by adding concentrated phosphate buffer. Two corticosteroid derivatives, betamethasone dipropionate and betamethasone valerate were encapsulated into the functionalized dendrimers. Drug transport from guanidinylated functionalized dendrimers to multilamellar liposomes is more efficient compared to the non-guanidinylated dendrimers and is also dependent on the degree of guanidylation and the medium.

Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η μοριακή αναγνώριση του συμπληρωματικού ζεύγους γουανιδίνης - φωσφορικού οξέος στα συστήματα μονοστοιβαδικό λιπόσωμα - μονοστοιβαδικό λιπόσωμα, μονοστοιβαδικό λιπόσωμα - πολυστοιβαδικό λιπόσωμα και δενδριμερές - πολυστοιβαδικό λιπόσωμα. Μελετήθηκε επίσης η δυνατότητα χρησιμοποίησης των μονοστοιβαδικών λιποσωμάτων που διαθέτουν γουανιδικές ομάδες και αλυσίδες πολυαιθυλενογλυκόλης στην εξωτερική επιφάνεια τους καθώς και των γουανιδιωμένων δενδριμερών, ως φορέων φαρμακευτικών ουσιών (δότες). Τα πολυστοιβαδικά λιποσώματα που διαθέτουν ομάδες φωσφορικού οξέος χρησιμοποιήθηκαν ως απλά μοντέλα κυττάρων (δέκτες). Η εισαγωγή των προς αναγνώριση ομάδων επιτεύχθηκε στην περίπτωση των λιποσωμάτων με εισαγωγή στις διπλοστοιβάδες τους κατάλληλων αμφιφιλικών μορίων τα οποία φέρουν τις παραπάνω ομάδες ενώ στην περίπτωση των δενδριμερών με χημική τροποποίηση της εξωτερικής επιφάνειας τους. Στην περίπτωση της αναγνώρισης των μονοστοιβαδικών συμπληρωματικών λιποσωμάτων η έκταση της μοριακής αναγνώρισης εξαρτάται από τη δομή του αμφιφιλικού μορίου που φέρει τη γουανιδική ομάδα, την παρουσία πολυμερούς (πολυαιθυλενογλυκόλη) στην λιποσωμική επιφάνεια και το είδος του μέσου διασποράς στην οποία πραγματοποιείται. Επιπλέον τα σωματίδια που προκύπτουν είναι, κατά ένα βαθμό, γιγαντιαία λιποσώματα τα οποία σχηματίζονται από σύντηξη (το ποσοστό της οποίας εξαρτάται από την παρουσία του πολυμερούς) των αρχικών λιποσωμάτων με μηχανισμούς που δεν περιλαμβάνουν διάσπαση και επανασχηματισμό των διπλοστοιβάδων. Ανάλογα συμπεράσματα εξάγονται και στην περίπτωση της αναγνώρισης των μονοστοιβαδικών και πολυστοιβαδικών συμπληρωματικών λιποσωμάτων. Σ’ αυτή την περίπτωση πραγματοποιήθηκε επιπλέον επιτυχής εγκλεισμός στα μονοστοιβαδικά λιποσώματα, που διέθεταν γουανιδικές ομάδες, των αντικαρκινικών ενώσεων Doxorubicin και Tamoxiphen, οι οποίες μέσω της μοριακής αναγνώρισης μεταφέρθηκαν επιτυχώς στα πολυστοιβαδικά λιποσώματα που διέθεταν φωσφορικές ομάδες. Τα ποσοστά μεταφοράς εξαρτώνται από την παρουσία του πολυμερούς στα μονοστοιβαδικά λιποσώματα. Συμπερασματικά, μονοστοιβαδικά λιποσώματα που διαθέτουν γουανιδικές ομάδες και αλυσίδες πολυαιθυλενογλυκόλης επιδεικνύουν υψηλό βαθμό εγκλεισμού υδρόφιλων και υδρόφοβων φαρμακευτικών ενώσεων, αρκετά υψηλό βαθμό μεταφοράς των ουσιών στους δέκτες, και αναμενόμενα μεγάλη προστασία σε βιολογικά συστήματα, αποτελώντας μοντέλο για συστήματα φορέων φαρμάκων. Στην περίπτωση της αναγνώρισης των γουανιδιωμένων δενδριμερών με τα πολυστοιβαδικά λιποσωμάτων που διέθεταν φωσφορικές ομάδες, η έκταση της μοριακής αναγνώρισης εξαρτάται από το ποσοστό γουανιδίωσης του δενδριμερούς και το είδος του διαλύματος στην οποία πραγματοποιείται. Τα σωματίδια που προκύπτουν είναι συσσωματώματα λιποσωμάτων ενώ η διαδικασία είναι τελείως αντιστρεπτή με την προσθήκη πυκνού διαλύματος φωσφορικών. Σ’ αυτή την περίπτωση πραγματοποιήθηκε επιπλέον επιτυχής εγκλεισμός στα δενδριμερή των κορτικοειδών ενώσεων Betamethasone Valerate και Dipropionate οι οποίες μέσω της μοριακής αναγνώρισης μεταφέρθηκαν επιτυχώς στα πολυστοιβαδικά λιποσώματα. Τα ποσοστά μεταφοράς εξαρτώνται από το βαθμό γουανιδίωσης των δενδριμερών. Συμπερασματικά, γουανιδιωμένα δενδριμερή επιδεικνύουν υψηλό βαθμό εγκλεισμού υδρόφοβων φαρμακευτικών ενώσεων και υψηλό βαθμό μεταφοράς των ουσιών στους δέκτες, αποτελώντας και αυτά πολύ καλό μοντέλο για συστήματα φορέων φαρμάκων.