Σύνθεση νανοδομημένων πολυπεπτιδικών υλικών βασισμένα στην πολυ(κυστεΐνη) και την πολυ(ιστιδίνη) για τον εγκλωβισμό και αποδέσμευση αντικαρκινικών φαρμάκων

Abstract

In the present research project, the synthesis of a series of hybrid polypeptide copolymers based on poly(histidine) and poly(cysteine), of the general type PEO-b-P(Cys)-b-P(His) is presented. The synthesis of polymers was achieved through ring-opening polymerization (ROP) process of the corresponding protected N-carboxy anhydrides (monomers), using an amine end-functionalized poly(ethylene oxide) (mPEO-NH2) macroinitiator. High-vacuum techniques were used for the synthesis of N-carboxy anhydrides of α-amino acids, for the purification of solvents and for the isolation of well-defined polymers as well, ensuring the high purity of the system. The successful synthesis of the polymers was confirmed by Size Exclusion Chromatography (SEC), proton Nuclear Magnetic Resonance (1H-NMR) and Fourier-Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR). In addition, the relation between the secondary structure of the polypeptides, and the pH and the temperature was studied, using the technique of circular dichroism (CD). Dynamic Light Scattering (DLS), Static Light Scattering (SLS) and Transmission Electron Microscopy were employed, in order to investigate the ability of the polypeptides to self-assemble into micelles, as well as their size. Z-potential measurements revealed the surface charge of the synthesized nanoparticles. These amphiphilic copolymers of the PEO-b-P(Cys)-b-P(His) type possess the ability to self-assemble in aqueous media and form micelle-like nanostructures, comprised of an outer hydrophilic corona of poly(ethylene oxide) chains, and a pH- and a redox- responsive hydrophobic core based on poly(histidine) and poly(cysteine). These nanoparticles have the ability to encapsulate and release the anticancer drug of doxorubicin in a controlled manner at cancer tissue conditions, as in vitro trials in breast cancer cell lines revealed.

Στην παρούσα Διδακτορική Διατριβή παρουσιάζεται η σύνθεση μίας σειράς υβριδικών πολυπεπτιδικών συμπολυμερών βασισμένα στην πολυ(ιστιδίνη) και την πολυ(κυστεΐνη), του γενικού τύπου PEO-b-P(Cys)-b-P(His). Η σύνθεσή τους πραγματοποιήθηκε μέσω πολυμερισμού διάνοιξης δακτυλίου των αντίστοιχων προστατευμένων Ν-καρβοξυ ανυδριτών (μονομερή), με χρήση αμινο-τελικού πολυ(αιθυλενοξειδίου) (mPEO-NH2) ως μακροαπαρχητή. Για τη σύνθεση των Ν-καρβοξυ ανυδριτών των α-αμινοξέων, τον καθαρισμό των διαλυτών, αλλά και για τη λήψη καλά καθορισμένων πολυμερών, χρησιμοποιήθηκαν τεχνικές υψηλού κενού, εξασφαλίζοντας υψηλή καθαρότητα στο σύστημα. Η επιτυχής σύνθεση των πολυμερών επιβεβαιώθηκε με τις τεχνικές της Χρωματογραφίας αποκλεισμού μεγεθών (SEC), του Πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού πρωτονίου (1Η-NMR) και της Φασματοσκοπίας υπερύθρου (FT-IR). Επιπλέον, μελετήθηκε η εξάρτηση της δευτεροταγούς δομής των πολυπεπτιδίων από το pH και τη θερμοκρασία με την τεχνική του Κυκλικού διχρωϊσμού (CD). Οι τεχνικές της Δυναμικής (DLS), της Στατικής (SLS) σκέδασης φωτός, και της Ηλεκτρονικής μικροσκοπίας διαπερατότητας (TEM) χρησιμοποιήθηκαν, προκειμένου να μελετηθεί η ικανότητα αυτοοργάνωσης και το μέγεθος των συντιθέμενων νανοσωματιδίων, ενώ το επιφανειακό τους φορτίο προσδιορίστηκε με την τεχνική του ζ-δυναμικού. Επιπροσθέτως, αποδείχθηκε ότι τα πολυπεπτιδικά πολυμερή του τύπου PEO-b-P(Cys)-b-P(His) έχουν την ικανότητα να αυτοοργανώνονται σε υδατικά διαλύματα και να σχηματίζουν μικυλλιακές δομές, από υδρόφιλο κέλυφος πολυ(αιθυλενοξειδίου) και υδρόφοβο pH-, και οξειδοαναγωγικώς αποκρινόμενο πυρήνα πολυ(κυστεΐνης) και πολυ(ιστιδίνης). Τέλος, τα υβριδικά πολυπεπτιδικά συμπολυμερή της παρούσας Διατριβής μπορούν να εγκλωβίζουν και να αποδεσμεύουν το αντικαρκινικό φάρμακο της δοξορουβικίνης, με ένα στοχευμένο και ελεγχόμενο τρόπο, σε συνθήκες καρκινικού ιστού, όπως αποκάλυψαν in vitro μελέτες αποδέσμευσης σε κύτταρα καρκίνου του μαστού.