Καινοτόμα νανο-υλικά με βάση λειτουργικά δενδριτικά πολυμερή για βιολογικές εφαρμογές

Abstract

It is well established in the literature that drug delivery systems incorporating triphenylphosphonium groups are very effective in targeting the mitochondria of cells, particularly tumor cell mitochondria. In this research, drug delivery systems based on functionalized dendritic polymers were developed bearing on their surface triphenylphosphonium groups (TPP) through an alkyl chain having either 3 or 10 carbon atoms. The dendritic polymers that were synthesized are derivatives of hyperbranched poly(ethylenimine) of two different molecular weights (1300 and 5000 Da). In these systems the bioactive molecules of doxorubicin and chloroquine were encapsulated. Bioactive molecules were entrapped in the nanocavities of dendritic systems and their biological activity and intracellular localization was studied against a variety of cancer cell lines. Also, the effect of the nanoparticles with the encapsulated drugs was investigated in the cell cycle of cancer cells. Based on the obtained results, it was found that most effective system was the derivative of poly(ethylenimine) of molecular weight 1300 with the TPP groups attached through a spacer of decyl chain, that was found to improve considerably the anticancer effect of both drugs due to their successful accumulation in cell mitochondria. It is known from the literature that systems carrying triphenyphosphonium groups also exhibit enhanced antibacterial properties. Thus, all above derivatives were also studied for their antibacterial activity towards two bacterial strains, one gram (-), i.e. Escherichia coli, and one gram (+), i.e. Staphylococcus Aureus. The rate of bacteria growth, toxicity, oxidative stress and morphological changes in the presence of the TPP-functionalized hyperbranched derivatives was studied. It was found that the derivatives of hyperbranched poly(ethylenimine) of both molecular weights functionalized with decyl-triphenylphosphonium groups are more toxic, while in all cases the tested derivatives showed higher potency against gram (+) Staphylococcus Aureus bacteria.

Είναι γνωστό στη βιβλιογραφία ότι συστήματα μεταφοράς φαρμάκων που φέρουν τριφαινυλοφωσφονικές ομάδες είναι πολύ αποτελεσματικά διότι στοχεύουν μιτοχόνδρια των κυττάρων και κυρίως μιτοχόνδρια καρκινικών κυττάρων. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή αναπτύχθηκαν συστήματα μεταφοράς φαρμάκων με βάση λειτουργικά δενδριτικά πολυμερή τα οποία φέρουν στην επιφάνειά τους τριφαινυλοφωσφονικές ομάδες (ΤΡΡ) μέσω μιας ανθρακικής αλυσίδας που φέρει 3 ή 10 άτομα άνθρακα. Τα δενδριτικά πολυμερή που χρησιμοποιήθηκαν είναι παράγωγα της υπερδιακλαδισμένης πολυ(αιθυλενιμίνης) δύο διαφόρων μοριακών βαρών (1300 και 5000 Da). Στα συστήματα αυτά εγκλείστηκαν τα βιοδραστικά μόρια της δοξορουβικίνης και της χλωροκίνης. Τα βιοδραστικά μόρια εγκλείστηκαν στις νανοκοιλότητες των δενδριτικών συστημάτων και μελετήθηκε η δραστικότητάς τους καθώς και ο εντοπισμός τους μέσα στα κύτταρα. Επίσης, ερευνήθηκε η επίδραση των νανοσωματιδίων με τα εγκλεισμένα φάρμακα στον κυτταρικό κύκλο των καρκινικών κυττάρων. Με βάση τα αποτελέσματα, βρέθηκε ότι αποτελεσματικότερο σύστημα ήταν το παράγωγο της πολυ(αιθυλενιμίνης) μοριακού βάρους 1300 τροποποιημένο με ομάδες TPP μέσω μιας δέκυλο αλειφατικής αλυσίδας, το οποίο βελτίωνε σημαντικά τη δράση και των δύο φαρμάκων λόγω της επιτυχούς συσσώρευσής τους στα μιτοχόνδρια. Επιπλέον είναι γνωστό από τη βιβλιογραφία ότι συστήματα τα οποία φέρουν τριφαινυλοφωσφονικές ομάδες εμφανίζουν ενισχυμένες αντιβακτηριακές ιδιότητες. Με βάση την ιδιότητα αυτή μελετήθηκαν τα παραπάνω παρασκευασθέντα υπερδιακλαδισμένα πολυμερή ως προς την αντιβακτηριακή τους ικανότητα σε δύο στελέχη βακτηρίων, ένα gram (-), Escherichia coli και ένα gram (+) Staphylococcus Aureus. Πραγματοποιήθηκε κινητική μελέτη της ανάπτυξης των βακτηρίων, μελέτη της τοξικότητας με τη μέθοδο της ρεσαζουρίνης, μελέτη του οξειδωτικού στρες και παρατηρήθηκε η μορφολογία των βακτηρίων παρουσία των νανοσωματιδίων με εικόνες SEM. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι τα παράγωγα της υπερδιακλαδισμένης πολυ(αιθυλενιμίνης) με μοριακά βάρη 1300 και 5000 Da που φέρουν τις δεκυλο-τριφαινυλοφωσφονικές ομάδες είναι τα πιο τοξικά, καθώς επίσης και ότι όλα τα νανοσωματίδια παρουσίαζαν μεγαλύτερη τοξικότητα έναντι των gram (+) βακτηρίων Staphylococcus Aureus.