Μακρομοριακή αρχιτεκτονική με πολυ-α-αμινοξέα

Abstract

The synthesis of model block copolypeptides through living nucleophilic/basic polymerization of R-amino acid N-carboxyanhydrides (NCAs) has been a challenge for more than fifty years, most probably due to traces of impurities in the system. This problem has been overcome by using high vacuum techniques which ensure not only high purity of all reagents involved but also create and maintain all necessary conditions for the living polymerization of NCAs. By using the above initiating system, high vacuum technics and sequential addition of monomers we managed to synthesize well-defined linear diblocks of γ-benzyl-L-glutamete (BLG), ε-carbobenzyloxy-lysine (ZLL), ε-Boc-L-lysine (Boc-Lys), glycine (Gly), leucine (Leu), alanine (Ala) and tyrosine (Tyr) with composition defined by stoichiometry. Also triblock copolymers were synthesized succefully either by using diaminehexane as a difunctional initiator, or by coupling living diblocks with diisocyanatehexane as a linking agent. The morphology of PBLG-polyglycine block copolymers was studied by small angle X-ray scattering (SAXS) and wide angle scattering (WAXS). All diblocks exhibit microphase separation and steady secondary structure at the same time The livingness of the polypeptides under high vacuum conditions can be preserved indefinitely, thus making possible the use of linking chemistry for the synthesis of a wide variety of macromolecular architectures. The methodology presented in this work is a general one and, in contrast to other methods, can be extended to the synthesis of polypeptides with a wide variety of macromolecular architectures, such as multiblock, cyclic, super-H, and miktoarm stars. These novel architectures expected to lead to expanded opportunities in biomedical applications. Moreover by using dendrimers or other multifunctional initiators is possible to synthesize star and star blocks with different number of arms and in short period of time. In this point we synthesize ampiphilic four arm star blocks. Finally synthesis of ybridic linear diblocks of polystyrene and polyethylenoxide was achieved by using amine functionalized polymers. Model ybridic copolymers can be made only if the purity of the amine is good one at the level of anionic technics. The possible combinations of linear or star structures with natural amino-acids with L, D or L / D conformation and different protective groups, as well as combinations of ybridic copolymers with linear or more complicated macromolecular architecture are unlimited and it is certain that this subject will occupy our laboratory for a long time.

Μέχρι σήμερα δεν ήταν δυνατή η σύνθεση πρότυπων πεπτιδίων με πολυμερισμό διάνοιξης δακτυλίου NCA’s με την χρήση πρωτικών απρωτικών αμινών ή βασικών αλάτων εξαιτίας των αναπόφευκτων παράπλευρων αντιδράσεων τερματισμού και μεταφοράς αλυσίδας. που εμποδίζουν τον σχηματισμό επακριβώς καθορισμένων αλυσίδων με αποτέλεσμα οι ιδιότητες αυτών των συνθετικών πρωτεϊνών ήταν περιορισμένες. Χρησιμοποιώντας τις απαιτητικές τεχνικές υψηλού κενού για το καθαρισμό όλων των αντιδραστηρίων, των διαλυτών και των μονομερών καθώς και την διατήρηση περιβάλλοντος αντίδρασης απαλλαγμένων από προσμίξεις καταφέραμε να λύσουμε ένα συνθετικό πρόβλημα που παρέμενε άλυτο και ήταν πρόκληση για περισσότερο από 50 χρόνια. Χρήση αντιδραστηρίων και διαλυτών υψηλής καθαρότητας απαλλαγμένων από υγρασία καθώς και της τεχνικής υψηλού κενού έχει ως αποτέλεσμα τον ζωντανό πολυμερισμό και μας έδωσε την δυνατότητα σύνθεση πρότυπων πολυαμινοξέων με καθορισμένο μοριακό βάρος που μπορούν να μιμηθούν τις ιδιότητες των φυσικών πρωτεϊνών. Η χρήση υψηλού κενού επίσης βοηθάει επίσης το γρήγορο πολυμερισμό και την πλήρη μετατροπή του μονομερούς καθώς η εκδίωξη του διοξειδίου του άνθρακα είναι η κινητήριος δύναμη του πολυμερισμού. Με την στρατηγική αυτή έγινε εφικτή η παρασκευή πρότυπων συμπεπτιδίων με ποικιλία φυσικών αμινοξέων και με καθορισμένη σύσταση από την στοιχειομετρία της αντίδρασης. Όλα τα συμπολυμερή παρουσιάζουν μικροφασικό διαχωρισμό διατηρώντας παράλληλα την δευτεροταγή τους διαμόρφωση οδηγώντας έτσι σε καινούργιες υπερμοριακές οργανώσεις και μορφολογίες. Επίσης έγινε εφικτή η σύνθεση πρότυπων αστεροειδών και κατά συστάδες αστεροειδών με τρεις κλάδους με σύζευξη. Η μεθοδολογία αυτή, με την χρήση τεχνικής υψηλού κενού που μπορεί να διατηρήσει τα ενεργά κέντρα ‘ζωντανά’ για μια μακριά χρονική περίοδο πράγμα απαραίτητο για αντιδράσεις σύζευξης και με την σχετικά εύκολη και ποσοτική διαδικασία κλασματοποίησης, μπορεί να εφαρμοστεί και να οδηγήσει σε μια απεριόριστη ποικιλία περίπλοκων μακρομοριακών δομών όπως είναι πολυσυσταδικά, μικτόκλωνα, κυκλικά κτλ που ειδάλλως είναι αδύνατες να επιτευχθούν. Επιπλέον με χρήση δενδριτών ή άλλων πολυδραστικών απαρχητών είναι δυνατή η παρασκευή αστεροειδών με διαφορετικό αριθμό κλάδων και σε μικρό χρονικό διάστημα. Σε αυτό το σημείο έγινε και η σύνθεση αμφιφιλικών κατά συστάδες αστεροειδών με τέσσερις κλάδους. Τέλος επιτεύχθηκε η παρασκευή μιας πολύ ενδιαφέρουσας κατηγορίας συμπολυμερών, των λεγόμενων υβριδικών συνδυάζοντας πολυμερή πεπτιδικής και μη πεπτιδικής φύσης με την χρήση ακροδραστικών μακροαπαρχητών. Οι δυνατοί συνδυασμοί με την χρήση γραμμικών ή αστεροειδών δομών, φυσικών αμινοξέων με L,D ή L/D στερεοχημεία και διαφορετικές προστατευτικές ομάδες, καθώς και συνδυασμοί για την σύνθεση υβριδικών συμπολυμερών με κοινά πολυμερή με γραμμική ή με πολύπλοκη μακρομοριακή αρχιτεκτονική είναι απεριόριστες και είναι βέβαιο ότι θα απασχολήσουν το εργαστήριο μας για μακρύ χρονικό διάστημα.