Έξυπνες πολυμερικές υδρογέλες για τον εγκλωβισμό και ελεγχόμενη αποδέσμευση αντικαρκινικών φαρμάκων

Abstract

This thesis presents the synthesis and characterization of pentameric polypeptides of the type Α-b-(C-co-D)-b-Α-b-(C-co-D)-b-Α. The aim of these is the formation of hydrogels in an aqueous medium, responding to the external conditions (temperature, pH), so that they can be administered as carriers of anticancer drugs. The configuration of the hydrogels was initially determined by the difference in water solubility of the alternating clusters. The hydrophilic segments (A) extend to the two extreme clusters and the central one, while the hydrophobic segments (C-co-D) are to the two intermediate ones. Other factors that influenced the formation of hydrogels are the different number of structural units of each cluster, as well as its nature. The synthesis of the polymers was carried out by the ring-opening polymerization (ROP) method of the N-carboxy anhydrides (NCAs), of the corresponding amino acids, under high vacuum conditions. As initiator in all cases the bi-active initiator 1,6 diaminohexane was used. The amino acids lysine and sarcosine were chosen for the hydrophilic parts, while histidine, glutamic acid and cysteine were chosen for the hydrophobic parts. All synthesized polymers were molecularly characterized by infrared (IR), size exclusion chromatography (SEC) and nuclear magnetic resonance (1H NMR) spectroscopy techniques. For the polymers that formed the desired hydrogel structure, further studies were carried out with rheology and electron microscopy (SEM). Extensive entrapment and release studies of the dye Nile red and the anticancer drug Paclitaxel followed for the polymers with the optimal properties. Two different anticancer drugs, Paclitaxel and Gemcitabine, were also entrapped in the same hydrogel sample. Finally, the in vivo experiments conducted confirmed the effectiveness of the synthesized hydrogels as anticancer drug carriers against pancreatic cancer.

Στην παρούσα διατριβή παρουσιάζεται η σύνθεση και ο χαρακτηρισμός πεντασυσταδικών πολυπεπτιδίων του τύπου Α-b-(C-co-D)-b-Α-b-(C-co-D)-b-Α. Στόχος αυτών, είναι η διαμόρφωση υδρογελών σε υδατικό μέσο, αποκρινόμενων στις εξωτερικές συνθήκες (θερμοκρασία, pH), ώστε να χορηγηθούν ως μεταφορείς αντικαρκινικών φαρμάκων. Η διαμόρφωση των υδρογελών καθορίστηκε αρχικά από τη διαφορά διαλυτότητας στο νερό των εναλλασσόμενων συστάδων. Τα υδρόφιλα τμήματα (Α) εκτείνονται στην κεντρική μεσαία συστάδα και στις δύο ακραίες, ενώ τα υδρόφοβα τμήματα (C-co-D) είναι στις δύο ενδιάμεσες. Άλλοι παράγοντες όπου επηρέασαν το σχηματισμό υδρογελών είναι ο διαφορετικός αριθμός δομικών μονάδων της κάθε συστάδας, καθώς και η φύση της. Η σύνθεση των πολυμερών πραγματοποιήθηκε με τη μέθοδο του πολυμερισμού διάνοιξης δακτυλίου (ring opening polymerization, ROP) των Ν-καρβόξυ ανυδριτών(NCAs), των αντίστοιχων αμινοξέων, σε συνθήκες υψηλού κενού. Ως απαρχητής σε όλες τις περιπτώσεις χρησιμοποιήθηκε ο διδραστικός απαρχητής 1,6 διάμινο-εξάνιο . Για τα υδρόφιλα τμήματα επιλέχθηκαν τα αμινοξέα της λυσίνης και της σαρκοζίνης, ενώ για τα υδρόφοβα η ιστιδίνη, το γλουταμικό οξύ και η κυστεΐνη. Όλα τα συντιθέμενα πολυμερή χαρακτηρίστηκαν μοριακά με τεχνικές φασματοσκοπίας υπερύθρου (IR), χρωματογραφίας αποκλεισμού μεγεθών (SEC) και φασματοσκοπίας πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (1H NMR).Για τα πολυμερή που διαμόρφωσαν την επιθυμητή δομή υδρογέλης διεξάχθηκαν περαιτέρω μελέτες με τεχνικές ρεολογίας και ηλεκτρονικής μικροσκοπίας (SEM). Ακολούθησαν εκτενείς μελέτες εγκλωβισμού και απεγκλωβισμού της χρωστικής nile red και του αντικαρκινικού φαρμάκου πακλιταξέλη για τα πολυμερή με τις βέλτιστες ιδιότητες. Επίσης πραγματοποιήθηκε εγκλωβισμός δύο διαφορετικών αντικαρκινικών φαρμάκων, της πακλιταξέλης και της γεμσιταβίνης στο ίδιο δείγμα υδρογέλης. Τέλος, τα in vivo πειράματα που διεξάχθηκαν επιβεβαίωσαν την αποτελεσματικότητα των συντιθέμενων υδρογελών ως μεταφορείς αντικαρκινικών φαρμάκων ενάντια στον καρκίνο του παγκρέατος.