Cell penetrating peptides (CPPs) have been used in many areas of drug delivery for mediating the delivery of peptides, protein, DNA, siRNA and liposomes. Additionally they have shown an ability to overcome drug resistance in cells enhancing chemotherapeutic activity. Our group has recently designed a promising multifunctional peptide, Tat-LK15, originating from the fusion of Tat peptide (49-57) with the synthetic amphipathic peptide, LK15. TAT-LK15 was found to be efficient at mediating DNA and siRNA delivery to cells especially contributing to the silencing of bcr-abl oncoprotein over a long period of time. To date, Tat-LK15 peptide’s cells uptake mechanism, which is expected to be influenced by the presence of the amphipathic sequence LK15, which is known to be lytic, has not been assessed. The aim of this project is to study the cellular uptake of the Tat-LK15 peptide and any influence it exerts on the uptake of p-glycoproteins substrates. Also we aimed to explore whether the peptide characteristics could be exploited to improve the delivery of the cytotoxic agent, doxorubicin.Flow cytometry and confocal microscopy experiments revealed that Tat-LK15 uptake was dependent on two mechanisms depending on the concentration of peptide used. At low concentrations (2.5µM and below) the uptake of TAMRA-Tat-LK15 peptide appeared to be temperature-dependent and was inhibited by sodium azide suggesting endocytosis as the main route of entry in the studied cell lines. At 5µM and above, the peptide’s uptake was less reliant on temperature and not be inhibited by sodium azide, but relied on membrane potential. Interestingly in K562 cells, the peptide accumulated on the cell membrane.The Tat-LK15 peptide membrane activity was also characterised: Tat-LK15 lytic activity was concentration-dependent. At 5µM the Tat-LK15 peptide led to approximately 60% LDH release in HT29 cells which is likely to be related to the amphipathic sequence, LK15 renowned for its membrane lytic activity. Further to this, the uptake of a membrane impermeant dye (SYTOX® blue) incubated with the peptide was followed as a function of time in K562 cells with a high content screening. The results appeared to substantiate the above findings that Tat-LK15 peptide has a concentration- and time-dependent membrane lytic activity. An MTT assay, after four hours of incubation, indicated very limited variation in cytotoxicity (EC50 ~ 5µM) over six different cell lines. More importantly, an Annexin V assay suggested a possible induction of apoptosis in the MCF-7 cell line, in contrast a Tat-LK15 concentration-dependent necrosis was observed in a K562 cell line. Finally attempts were made to exploit the properties of Tat-LK15 to overcome drug resistance of doxorubicin. Firstly Tat-LK15 peptide co-incubation with a model P-gp substrate (calcein AM) revealed a significant reduction of calcein fluorescence in K562 and HT29 cells and their doxorubicin resistant sublines (p<0.05). Attempts to conjugate doxorubicin to TAT-LK15 proved difficult. Consequently doxorubicin/Tat-LK15 admixtures were used to study whether the P-gp efflux of doxorubicin in doxorubicin resistance sublines could be circumvented. A significant increase of the toxicity relative to doxorubicin alone for long incubation times on several cell lines (p<0.05) indicated that using TAT-LK15 as an additive could potentially be considered as a drug delivery strategy. Thus the concept of conjugating a well known cell penetrating peptide to an amphipathic sequence is worthwhile however the findings in this study are not sufficient to highlight the full potential and major improvements in efficacy needs to be achieved.

archives@tulane.edu / Glaucoma is a debilitating and insidious disease and is the world’s leading cause of irreversible blindness. There have been many proposed innovations in the ophthalmology space though few have successfully been implemented in humans. The gap between proof of concept studies and market launch has been termed the “valley of death.” The Blake, Ayyala, and John research group have been endeavoring to bring two drug delivery systems through this “valley of death” for the last ten years. These products aim to solve a common problem in glaucoma surgery: post-surgical fibrosis resulting in the need for revision surgery. The two drug systems are a poly(hydroxyl ethyl methacrylate) hydrogel loaded with mitomycin C and a biodegradable poly(lactic-co-glycolic acid) matrix loaded with 5-fluorouracil and mitomycin C. These anti-fibrotics, when released into the surgical site, successfully reduced scar tissue formation in animal models. To translate these technologies to market, we created methods to interrogate their synthesis, studied their properties after sterilization, and performed longitudinal studies to determine their stability. For the pHEMA-based drug delivery system, we introduced a new casting method and compared it to previous studies. This new method reduced casting time two-fold and increased lot-to-lot reproducibility. We also developed an assay for quantifying the amount of drug loaded into each hydrogel. Using this assay, we reduced the loading time of the hydrogels two-fold by more than 5 days. The product was then gamma and e-beam sterilized to determine how sterilization would affect the hydrogel. We showed that the hydrogel releases mitomycin C more slowly after gamma irradiation than after e-beam and that both releases were slower than unsterilized material. This indicates that the hydrogel has cross-linked during the sterilization process. For the PLGA-based drug delivery system, we developed a solvent extraction method for quantifying the amount of drug in each piece. We then used this assay to interrogate different steps in the manufacturing process. We discovered the need for a new casting method using a positive displacement pipette. We tested the homogeneity of the 5-fluorouracil within the polymer matrix and discovered that drug distribution in our films was uniform. We ensured that we could reproducibly create lots of these films. Then, we tested the stability of this drug delivery system after gamma irradiation. We performed a longitudinal shelf-life study to see how temperature and the presence of air could affect the system during 3 months of storage. We then lyophilized our product and compared e-beam and gamma sterilization techniques. These studies contributed to an investigational new drug filing with the FDA which is the next milestone for a drug product before first-in-human trials. / 1 / Mitchell Layton Fullerton

Chronic pain poses a major concern to modern medicine and is frequently undertreated, causing suffering and disability. Transdermal delivery is the pivot to which analgesic research in drug delivery has centralized especially with the confines of needle phobias and associated pain related to traditional injections, and the existing limitations associated with oral drug delivery. Highlighted within this thesis is the possibility of further developing transdermal drug delivery for chronic pain treatment using an Electro-Modulated Hydrogel- Microneedle array (EMHM) prototype device for the delivery of analgesic medication

One of the most common methods of drug delivery to the anterior segment of the eye is topical application of an ophthalmic solution or suspension. The ophthalmic solution may contain various particle based materials, such as nanoparticles, to control the rate at which the drug is delivered to the eye. The issue with this delivery method is that there are several barriers at the front of the eye. These barriers, which include a high tear film turnover rate and induced lacrimation, reduce the residence time of the drug at the site of administration and result in 95% of the administered drug being removed systemically or via nasolacrimal drainage. Additionally, once the material has left the target location it should degrade in a controlled manner so that it can be safely removed from the body. The current work focuses on the development of polymeric nanoparticles that can serve as a delivery system for ophthalmic drugs. The material proposed for the nanoparticle synthesis is poly(2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA)), a polymer with a long history of ophthalmic compatibility. The original nanoparticle formulation was modified to allow for degradation and mucoadhesion. To facilitate degradation, a crosslinker which degrades under ocular conditions was incorporated. A mucoadhesive polymer was incorporated into the particles to enhance the residence time of the particles at the front of the eye. Size and morphology analysis of the final polymer products showed that nano-sized, spherical particles were produced. FTIR spectra demonstrated that the nanoparticles were comprised of poly(HEMA) and that 3-(acrylamido)phenylboronic acid (3AAPBA) was successfully incorporated. Degradation of nanoparticles containing N,N’-bis(acryloyl)cystamine (BAC) after incubation with DL-dithiothreitol (DTT) was confirmed by a decrease in turbidity, measured by absorbance, and through transmission electron microscopy (TEM). Based on zeta potential results, poly(HEMA, BAC, 3AAPBA) samples C3 to C6 were found to be mucoadhesive. Dexamethasone release from poly(HEMA) nanoparticles and poly(HEMA, BAC, 3AAPBA) nanoparticles, loaded with efficiencies of 15.0% ±1.4% and 5.3% ±0.4%, resulted in rate constants of 0.001 and 0.002, and release exponents of 0.607 and 0.586, respectively. The toxicity of the nanoparticles was tested by incubation in the presence of human corneal epithelial cells (HCEC). In the presence of the poly(HEMA), poly(HEMA, BAC), and poly(HEMA, BAC, 3AAPBA) samples the HCEC viability was found to be 123.6% to 182.5%, 88.5% to 111%, and 69.8% to 85.1%, respectively. The viability of HCEC after incubation with poly(HEMA) was significantly higher compared to poly(HEMA, BAC) samples with a dilution factor of 0 and 2. Additionally, the HCEC viability in the presence of poly(HEMA, BAC, 3AAPBA) sample C6 was found to be significantly lower compared to samples C2 and C3 from Table 3. The previously summarized results suggest that the poly(HEMA) based nanoparticles produced in this work have the potential for drug delivery to the front of the eye. / Thesis / Master of Applied Science (MASc)

In recent decades, a variety of nanoparticle drug delivery systems (NP DDS) – nanometer-scaled materials physically or covalently interacting with therapeutics – has been developed to overcome biological barriers, improve the half-life, reduce toxicity, and improve the efficacy of conventional drug delivery. However, many NP DDS fail to translate to the clinic. While this is in part due to immense heterogeneity within many disease types across individuals, the conflicting size and surface chemistries required in the “drug delivery pathway” (i.e. to avoid the clearance mechanisms and unintended tissues in the body, then to reach and specifically enter target tissues) also pose a significant challenge. Recent advances in the field of drug delivery have created size- and surface-switching nanoparticles that overcome biological barriers. For example, large (100 – 200 nm) NPs are adequate at evading corporeal defense mechanisms, while small (< 50 nm) NPs can actively enter cancerous tissue. Further, release profiles of drug-loaded NP DDS must be tailored to stay within a narrow therapeutic window to prevent toxic effects. This thesis highlights the synthesis of “nanoassemblies”, an NP DDS that contains small, drug-loaded starch nanoparticles (SNPs) within a larger nanogel matrix. Nanoassemblies are chemically tuned to reach specific targets via different administration routes (notably, cancerous tissues via systemic administration and brain tissue via intranasal administration). Furthermore, therapeutic-loaded SNPs are released under endogenous (pH, redox) or exogenous (ultrasound) stimuli for disease-specific release kinetics, allowing for deeper penetration into tumor cores or through the nose-to-brain pathway as required. Both the physicochemical characterization of these nanoassemblies as well as in vitro and in vivo experiments have been performed to assess the efficacy of nanoassemblies in biological systems and how they may provide performance improvements over non-assembled SNPs. As such, nanoassemblies show great promise in overcoming complex biological barriers to ultimately improve drug delivery in clinical applications. / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD) / Using drugs to treat diseases is not always effective: the drug often does not work or comes with many side effects. A combination of factors prevents promising drugs from working. Most often the drug is either (partially or fully) removed from the body before it reaches the disease, or it improperly enters healthy tissue to cause undesirable responses. Previous research has shown that if drugs are put into nanoparticles, the nanoparticles can better deliver the drug to the correct target. However, conflicting sizes are needed to travel through different parts of the body, making nanoparticle-based drug delivery only of limited effectiveness in humans. This thesis aims to address these issues by creating “nanoassemblies” – nanoparticles with smaller, drug-containing nanoparticles inside of them – that overcome the typical issues with drug delivery. Nanoassemblies are able to switch their size to better reach the target tissue, ultimately leading to more effective and safe treatments.

No description available.

No description available.

Intracellular pathogens like <i>Salmonella</i> have developed various mechanisms to evade host defenses, and they can establish infections. Treatment and eradication are difficult due to our inability in achieving the optimum concentrations of cell-impermeable aminoglycosides like gentamicin within these cells. In this dissertation, we hypothesize that developing a novel core-shell methodology for incorporating high amounts of gentamicin into the cores with either hydrophilic or amphiphilic shell will be more effective than the free gentamicin in clearing intracellular <i>Salmonella</i> infection. Hydrophilic core-shell nanostructures (N1) were made with block co-polymers of poly (ethylene oxide-<i>b</i>-sodium acrylate) blended with sodium polyacrylate (PAA^-+Na) and complexed with the polycationic antibiotic gentamicin. N1 showed 20-25 fold higher gentamicin loading than the currently existing materials and reduced numbers of viable <i>Salmonella</i> in the liver and spleen compared to free gentamicin. To further improve the rate and route of uptake, the shell of the nanostructures were made amphiphilic by incorporating pluronics F68 (PPO)₆₈ in the block copolymer. We showed that core-shell nanostructures encapsulating gentamicin having (PPO)₆₈ in the shell (N2) enhances the rate and modulates the route of uptake into macrophages, thus promoting significant reduction in the intracellular <i>Salmonella in-vitro</i> and <i>in-vivo</i>. The main drawback of N2 was its poor stability at physiological pH of 7.4, 0.1 M NaCl. Therefore, core-shell nanostructures encapsulating gentamicin containing pluronic P85 (PPO)₈₅ in the shell (N3) with improved colloidal and ionic stability were designed. N3 achieved significant intracellular reduction of vacuolar <i>Salmonella</i> (0.53 log₁₀) and cytoplasm resident <i>Listeria</i> (3.11 log₁₀) compared to free gentamicin in-vitro. However, greater reduction of <i>Listeria</i> suggested that sub-cellular localization of bacterium influences targeting by N3. Even though oral administration of N3 was not effective compared to free gentamicin, parenteral (I.P.) administration significantly reduced the intracellular <i>Salmonella</i> from liver and spleen compared to free gentamicin and appeared to have no abnormal <i>in-vivo</i> toxicity. In summary, core-shell nanostructures encapsulating gentamicin (N) with improved encapsulation efficiency and different shell chemistry (N1, N2 and N3) were developed with enhanced efficacy against intracellular Salmonella. The novel gentamicin delivery approach developed in this study may be applicable for therapy of many intracellular infections. / Ph. D.

Η ληψη φαρμακου με τη μεσολαβηση ενος φορεα έχει αναδειχθεί ως μια ισχυρη μεθολογια θεραπειας ποικιλων παθολογιων. Για να βελτιωθει ο θεραπευτικος δεικτης τοσο των παραδοσιακων οσο και των πρωτοπορων φαρμακων, νανοσωματιδια σχεδιαστηκαν αριστοποιωντας το μεγεθος και τα επιφανειακα χαρακτηριστικα, ωστε να βελτιωσουν την αποτελεσματικοτητα των φαρμακων σε συγκεκριμενους ιστους, τον ελεγχο πανω στην κινητικη της αποδεσμευσης, την προστασια του δραστικου παραγοντα ή συνδυασμο ολων των παραπανω. Παραγοντες αντιθεσης μπορουν επισης να ενσωματωθουν σε νανοσωματιδια για διαγνωστικους σκοπους ογκων. Η μοναδικη παθοφυσιολογια μεμονομενων ογκων, οπως η αυξημενη τους διαπερατοτητα, το φαινομενο παρακρατησης και το οξινο μικροπεριβαλλον, επιτρεπει την παθητικη συσσωρευση νανοσωματιδιων στους ογκους με τη χρηση ενδοφλεβιων ενεσεων. Για τη θεραπευτικη αριστοποιηση, διεγειρο-εξαρτωμενοι νανοφορεις εχουν αναδειχθει ως καινοτομες προγραμματιζομενες πλατφορμες παραδοσης φαρμακων, οπου το ιδιο το συστημα παραδοσης γινεται ενεργος μετοχος, παρα παθητικο οχημα, επιτρεποντας την εξειδικευμενη αποκριση του νανοσωματιδιου σε παθολογικες “ενεργοποιησεις”. Η αποτελεσματικοτητα εξυπνων συστηματων παραδοσης, βασισμενων σε νανοσωματιδια, ενισχυεται απο χαρακτηριστικα τους οπως η μειωμενη συχνοτητα δοσεων, ο βελτιωμενος δεικτης ασφαλειας και η θεραπευτικη τους αποτελεσματικοτητα. Επιπλεον της συστημικης χορηγησης, η τοπικη αποδεσμευση φαρμακων μπορει να επιτευχθει χρησιμοποιωντας μακροσκοπικες θηκες φαρμακου κοντα στο στοχο. Αναμεσα σε ποικιλα συστηματα που μελετηθηκαν για αυτην την προσεγγιση, in situ συντιθεμενα βιουλικα, ανταποκρινομενα σε περιβαλλοντικα ερεθισματα, εχουν κερδισει σημαντικη προσοχη, λογω του μη διεισδυτικου χαρακτηρα τους, της μειωσης των παρενεργειων σχετιζομενων με τη συστημικη χορηγηση και του καλυτερου ελεγχου πανω στη βιοδιασπορας τους. Με σκοπο την περαιτερω αριστοποιηση του φαρμακοκινητικου προφιλ των μακροσκοπικων αποθηκων, συνθετα συστηματα ισως αποδειχθουν αποτελεσματικοτερα για τον ελεγχο της απελευθερωσης του φαρμακου. Αυτη η διατριβη εστιαζει στην αναπτυξη νανοδομημενων συνθετων συστηματων για εφαρμογες στην απελευθερωση φαρμακων, με ξεχωριστη εμφαση στο σχηματισμο πολυπλοκων νανοφορεων που θα αποτελεσουν στεγαστρα για την ελεγχομενη απελευθερωση μιας ποικιλιας θεραπευτικων παραγοντων. Καταρχην ενα βιοσυμβατο, διττα pH-ελεγχομενο poly(2-vinyl pyridine)-b-poly(acrylic acid)-b-poly(n-butylmethacrylate) (P2VP-PAA-PnBMA) triblock terpolymer μελετηθηκε ως ενας ενεσιμος πηκτωματοποιητης. Αυτο το τριπολυμερες εμφανιζει μια αποτομη pH-επαγομενη μεταβαση φασεων σε τιμες πανω απο 5 και σχηματιζει μια ισχυρη υδρογελη κατω απο φυσιολογικες συνθηκες. Μελετηθηκε η ενσωματωση νανοφορεων λιποσωματων, που φερουν ενα υδροφιλο παραγοντα μεσα σε αυτην την ενεσιμη υδρογελη. Η ενθυλακωση των PC/Chol λιποσωματιων τα οποια φερουν καλσείνη, ως προτυπο υδροφιλικο παραγοντα, επεδειξε αριστο ελεγχο στην απελευθερωση του φαρμακου, σε χρονικη διαρκεια εφαμιλλη των θεραπειων, το οποιο θα μπορουσε περαιτερω να διαμορφωθει ρυθμιζοντας την συγκεντρωση του πηκτωματοποιητη. Συμπληρωματικα σε αυτο, η ερευνα εστιαστηκε στην αναπτυξη καινοτομων συνθετων συστηματων μεσω της επεκτασης της φυσης των συστατικων μερων προς την αυξημενη ανθεκτικοτητα του κυριου φορεα, τη βιοσυμβατοτητα και την αποκριση σε ερεθισματα σε ενα στενοτερο πλαισιο, καταλληλοτερο για εφαρμογες in vivo. Εχοντας υποψη τα εγγενη πλεονεκτηματα των πολυμερικων κυστιδιων εναντι των λιπιδικων αναλογων τους, εξευρενησαμε την αυτοοργανωση μιας σειρας αμφιφιλικων πενταμπλοκ τριπολυμερων και των τριμπλοκ συμπολυμερων τους, προδρομων για τον σχηματισμο των πολυμεροσωματων (polymersomes). Το πολυμερες αποτελειτο απο ενα pH-ευαισθητο poly(2-vinylpyridine) (P2VP) κεντρικο μπλοκ, φεροντας και στις δυο ακρες υδροφιλικο poly(ethyleneoxide) (PEO) (PEO-P2VP-PEO τριμπλοκ συμπολυμερες) και προστατευομενο στο ακρο με υδροφοβικη poly(ε-caprolactone) (PεCL), (PCL-PEO-P2VP-PEO-PCL, πενταμπλοκ τριπολυμερες). Επιπροσθετως, η μερικη μετατροπη του 2VP κεντρικου μπλοκ σε τεταρτοταγες συντελεστηκε για την εισαγωγη μονιμων κατιονικων ομαδων μεσα στο πενταμπλοκ τριπολυμερες. Αυτα τα συστηματα επεδειξαν μια πλουσια παλεττα μορφολογιων, σε φυσιολογικες συνθηκες, υπαγορευομενες απο τη μεθοδο προετοιμασιας. Πολυμερικα κυστιδια εληφθησαν αποκλειστικα μεσω της μεθοδου ενυδατωσης λεπτου υμενιου (μεμβρανης) και επεδειξαν διαφορετικες διαμορφωσεις μεμβρανης συμφωνες με την τοπολογια και τη φυση του συστατικου πολυμερους. Ειδικοτερα, το τριμπλοκ συμπολυμερες σχηματισε μια μονης στοιβαδας P2VP μεμβρανη περιβαλλωμενη απο αλυσιδες PEO στις υδατικες τους εσωτερικες και εξωτερικες επιφανειες ενω το πενταμπλοκ τριπολυμερες σχηματισε νεες, σε σχημα λουλουδιου, μορφολογιες μεμβρανης, αποτελουμενες απο αυτοοργανωμενα PCL ακρα αλυσιδων και P2VP υδροφοβικη μπλοκ στοιβαδα, ενωνοντας τους βροχους των αλυσιδων PEO. Επιπλεον, τα τεταρτοταγη τριπολυμερη κυστιδια επεδειξαν την παρουσια θετικα φορτισμενων τεταρτοταγων 2VP ομαδων στην εξωτερικη τους επιφανεια. Η δυνατοτητα των πενταμπλοκ κυστιδιων ως φορεων ληψης φαρμακων μελετηθηκε με την ενκαψυλιωση καλσεινης, ενα προτυπο υδροφιλικο παραγοντα, σε πολυμεροσωματα και τα αποτελεσματα της αποδεσμευσης της καταγραφηκαν και συγκριθηκαν για διαφορετικα πολυμεροσωματα και σε διαφορετικες τιμες pH καταλληλες για εφαρμογες in vivo. Οι σχηματισμοι νανοσωματιδιων εδειξαν σημαντικες διαφορες στο προφιλ απελευθερωσης, με ελεγχωμενη και παρατεταμενη αποδεσμευση για τα πενταμπλοκ κυστιδια σε σχεση με τα αντιστοιχα τριμπλοκ, δειχνοντας το πλεονεκτημα της πενταμπλοκ αρχιτεκτονικης εναντι της συμβατικης αναλογης τριμπλοκ αρχιτεκτονικης. Επιπροσθετως, ταχυτερο προφιλ αποδεσμευσης εληφθη με μειωση του pH, ως αποτελεσμα της πρωτονιωσης του δομικου στοιχειου, ενισχυοντας ετσι την διαπερατοτητα της μεμβρανης. Εφαρμοζοντας μια τεχνικη ανταλλαγης διαλυτων, νανοσωματιδια μικυλλιων εληφθησαν με crew-cut ή διαμερισματοποιημενη μορφολογια, ρυθμιζοντας το βαθμο ιονισμου των 2VP ομαδων (π.χ. μερικη μετατροπη σε τεταρτοταγη). Τα πενταμπλοκ τριπολυμερη μικκυλια μελετηθηκαν περαιτερω ως παραγοντες πολυτροπικης απεικονισης και φορεις φαρμακων, με ενσωματωση χρυσου (Au) στον μικυλλιακο P2VP πυρηνα για να κατασκευαστουν υβριδικα Au@πολυμερο νανοσυνθετικα υλικα. Ποικιλα κολλοειδη μορφολογικα νανοσωματιδια Au οπως νανοσωματιδια Au@core-corona και νανοσωματιδια Au@core-Au@corona συντεθηκαν πανω στο αντιστοιχο εκμαγειο μικκυλιων του πενταμπλοκ συμπολυμερους. Τα πενταμπλοκ μικυλλιακα συγκροτηματα και νανοσωματιδια Au@πενταμπλοκ μπορουν να περικλεισουν τον ελαχιστα υδατοδιαλυτο παραγοντα, Tamoxifen, στους υδροφοβικους μικκυλιακους τους πυρηνες. Απο την ελεγχωμενη απελευθερωση φαρμακου απο τα νανοσωματιδια, προεκυψε ενα ανωτερο προφιλ αποδεσμευσης για τα υβριδικα νανοσωματιδια Au@πολυμερες, σε σχεση με τα αντιστοιχα στοιχειωδη αμφιφιλικα πενταμπλοκ πολυμερικα μικκυλια. Μολις αποδειχθηκε η χαμηλη διαπερατοτητα των πενταμπλοκ τριπολυμερων κυστιδιων στα υδροφιλικα φαρμακα παραλληλα με την ικανοτητα για επιτυχη ενσωματωση παραγοντων αντιθεσης (Au) και διατηρηση της αποδεσμευσης των υδροφοβικων φαρμακων, επικεντρωθηκαμε στη περαιτερω προετοιμασια των συνθετων νανοσωματιδιων χρυσου (AuNPs) πανω στα πενταμπλοκ τριπολυμερη κυστιδια PCL-PEO-P2VP-PEO-PCL για την πολυτροπικη ληψη φαρμακων. Για αυτο το λογο, υδατοδιαχεομενα προενεργοποιημενα AuNPs που φερουν υδροφοβικο μοριο (Nile Red), ενσωματωθηκαν στο υδροφιλικη υδατικη κοιλοτητα των κυστιδιων και η διττη απελευθερωση των AuNP και των NR παρακολουθηθηκε σε συνθηκες pH που προσωμοιαζουν τις φυσιολογικα και κακοηθη περιβαλλοντα. Ως πειραμα ελεγχου, το NR ενσωματωθηκε μεσα στα πενταμπλοκ κυστιδια και οι κινητικες της παραδοσης εκτιμηθηκαν. Η συνθετη ληψη του υδροφοβικου φορτιου απο αυτα τα νανοσωματιδια χρυσου σε σχηματισμους πολυμεροσωματων, εδειξε βελτιωμενη και ελεγχομενη κινητικη σε σχεση με τους μεμονωμενους νανοφορεις (στοιχειωδη AuNPs και ή πολυμεροσωματιδια ελεγχου), σε συνδυασμο με την απελευθερωση των AuNPs, η οποια μπορουσε περαιτερω να ρυθμιστει με τροποποιηση του pH ή χημικης τροποποιησης των δομικων συστατικων της μεμβρανης. Αφοτου αποδειχθηκαν τα πλεονεκτηματα των πενταμπλοκ τριπολυμερων κυστιδιων PCL-PEO-P2VP-PEO-PCL, σε ορους ανθεκτικοτητας και ευελικτης διαμορφωσης της διαπερατοτητας της μεμβρανης (pH, Τεταρτοταγοποιηση), η εστιαση της μελετης αυτης προχωρησε προς την αναπτυξη καινοτομων, αποκρινομενων σε ερεθισματα, πλεγματων υδρογελης για την αναπτυξη συνθετων συστηματων. Για αυτο μελετησαμε ενα βιοσυμβατο τριμπλοκσυμπολυπεπτιδιο ως ενεσιμο πηκτωματοποιητη. Το συμπολυμερες παρασκευαστηκε απο ενα κεντρικο pH-ελεγχομενο μπλοκ πολυγλουταμινικου οξεος PGA, πλαισιωμενο απο δυο μικρα υδροφοβικεα μπλοκ πολυαλανινης (PAla), (PAla-PGA-PAla). Αυτο το συστημα επεδειξε pΗ-επαγομενη μεταβαση απο μικρα ινιδια σε σφαιρικους σχηματισμους με αυξηση του pΗ, σαν αποτελεσμα της αποπρωτονιωσης του μπλοκ PGA και της αλλαγης διαμορφωσης απο α-ελικα σε τυχαια σπειρα. Περαιτερω, μια αυξηση της ιοντικης ισχυος σε φυσιολογικο pΗ (PBS pH 7.4, 0.15M NaCl), προκαλεσε ενδομοριακη αναδιπλωση των τελικων ομαδων του PΑla μεσω Η-δεσμων, με το σχηματισμο πλεγμενων ινιδιακων νανοταινιων. Αυτα τα ινιδια που εληφθησαν σε χαμηλη συγκεντρωση μπορουν περαιτερω, με αυξηση της συγκεντρωσης του πολυπεπτιδιου, να οργανωθουν σε υπερμοριακες ταινιες περιπλεγμενων ινων, οι οποιες μπορουν να αποδομηθουν και να αναδιοργανωθουν με χρηση θερμανσης/ψυξης μεσα σε ενα δικτυο περιπλεγμενων υπερινων. Περαιτερω αυτοσυντηρουμενες υδρογελες εληφθησαν πανω απο μια κρισιμη συγκεντρωση πηκτωματος 4.5wt%, χαρακτηριζομενες απο υψηλη ελαστικοτητα (G’~106 Pa) και υψηλη ανακαμψη απο διατμητικη λεπτυνση. Η περαιτερω αυξηση της υδροφοβικοτητας των ακραιων μπλοκ μελετηθηκε με συζευξη ακραιων αμινοομαδων αλυσιδων με βενζαλδευδη (Bz) μεσω μιας αντιδρασης βασης Schiff. Αυτη η χημικη τροποποιηση προικιζει τα συστηματα ωστε να ειναι pΗ-ευαισθητα, εντος μιας κλιμακας pΗ σχετικης με τις in vivo εφαρμογες, χαρη στο δυναμικο χαρακτηρα του ιμινικου δεσμου που επιτρεπει συζευξη/αποσυνδεση της βενζαλδευδης αλλαζοντας το pΗ απο 7.4 σε 6.5. Η παρουσια της βενζαλδευδης συζευγμενης στα ακρα αλυσιδων του PAla-PGA-PAla τριμπλοκ συμπολυμεροπεπτιδιου ειχε ως συνεπεια την ενισχυμενη τοποθετηση των υπερινων σε παχεις σωρους που αναστελλουν την ικανοτητα του συστηνατος για πηκτωματωση. Αντιθετα, διασπαση της βενζαλδευδης με μειωση του pΗ στο 6.5 ειχε ως αποτελεσμα τη μερικη ανακτηση της υδρογελης με χρηση της θερμοκρασιας. Η μεταβαση απο διαλυμα σε γελη ηταν επισης αντιστρεψιμη μεσω ξευξης/αποσυνδεσης του βενζοικου-ιμινικου συνδετη, ενεργοποιουμενη απο μια μικρη αλλαγη στο pΗ εντος του φυσιολογικου φασματος. Ενα τετοιος καινοτομος, διττα αποκρινομενος, τριμπλοκ συμπολυμεροπεπτιδικος σχηματισμος βασιζομενος στο ιμιδικο δυναμικο ομοιοπολικο δεσμο ερευνηθηκε σαν ενα ικριωμα για την ενθυλακωση των κυστιδικων πενταμπλοκ νανοφορεων, ενισχυμενων με ενα υδροφιλο καθετηρα, την καλσεινη, στο υδατικη τους κοιλοτητα. Οι σχηματισμοι πολυμεροσωματιδιων/πολυπεπτιδιων που παρασκευαστηκαν σε φυσιολογικο pΗ επεδειξαν σημαντικα ταχυτερο προφιλ αποδεσμευσης σε σχεση με τη συνθετη υδρογελη σε pΗ 6.5. Επιπλεον και οι δυο σχηματισμοι (διαλυμα και υδρογελη) επεδειξαν ενισχυμενη κατακρατηση φαρμακου συγκρινομενοι με τους στοιχειωδεις νανοφορεις πολυμεροσωματων. Σε ολο το ευρος αυτης της εργασιας, παρατηρηθηκε ενα μεγαλο ευρος συνθετων σχηματισμων ληψης φαρμακων που εσωκλειουν τα πλεονεκτηματα της βιοσυμβατοτητας, της ανθεκτικοτητας, των ρυθμιζομενων επιφανειακων χαρακτηριστικων, της καλυψης, της αποκρισης σε ερεθισματα και των πολυτροπικων θεραπευτικων-διαγνωστικων δυνατοτητων με υψηλη δυναμικη για αριστοποιηση θεραπειων. / Carrier-mediated drug delivery has emerged as a powerful methodology for the treatment of various pathologies. To improve the therapeutic index of traditional and novel drugs, nanoparticles (NP) have been designed with optimal size and surface characteristics to enhance the specificity of drugs to a particular tissue, the control over release kinetics, the protection of the active agent or a combination of the above. Contrast agents can be also incorporated into nanoparticles for tumor diagnosis purposes. The unique pathophysiology of solid tumors, such as their enhanced permeability and retention effect and the acidic microenvironment, allows passive accumulation of NPs at these sites upon intravenous injection. For therapeutic optimization, stimuli-responsive nanocarriers have been developed as novel programmable drug delivery platforms, where the delivery system itself becomes an active participant, rather than passive vehicle, allowing the NP to respond specifically to pathological “triggers”. The attractiveness of smart NP-based delivery systems is enhanced by their features, such as reduced dosing frequency, improved safety profile and therapeutic effectiveness. In addition to systemic administration, localized drug release may be achieved using macroscopic drug depots close to the target site. Among various systems considered for this approach, in situ-forming biomaterials in response to environmental stimuli have gained considerable attention, due to the non-invasive character, reduction of side effects, associated with systemic administration, and better control over biodistribution. In order to further optimize the pharmacokinetic profile of macroscopic depots, composite systems may prove more effective for the control of drug release. This thesis focuses on the development of nanostructured composite systems for drug delivery applications, with particular emphasis on the formulation of complex nanocarriers that would allow the accommodation and more importantly, the controlled release of a variety of therapeutic agents.

No description available.