Η μελέτη αυτή αφορά το σχεδιασμό των μιγμάτων πρωτεΐνης/πολυηλεκτρολύτη
και τις αλληλεπιδράσεις τους σε φυσιολογικές συνθήκες. Η παρακάτω έρευνα
περιλαμβάνει σύμπλοκα αλβουμίνης ορού βοοειδούς (BSA) με ένα σύνολο
κατιονικών ομοπολυμερών και συμπολυμερών πολύ (3-μεθακρυλαμιδο-προπυλο-
τριμεθυλαμμωνιο-χλωριδιο) -co- (Ν, Ν-διμεθυλακρυλαμίδιο), με διαφορετικό
μοριακό βάρος και σύσταση σε ομάδες πολυ (Ν, Ν- διμεθυλακρυλαμιδίου)
(PDMAM). Μετρήσεις UV-VIS φασματομετρίας, η σκέδαση φωτός και ζ-δυναμικό
συμμετείχαν στο χαρακτηρισμό των συσσωματωμάτων ως μία συνάρτηση της
αναλογίας φορτίου r
+/-
, του pΗ και της ιοντικής ισχύος.
Τα αποτελέσματα έδειξαν το σχηματισμό αντίθετων φορτισμένων συμπλόκων,
σε pΗ υψηλότερο από 4.9, το ισοηλεκτρικό σημείο της BSA. Τέτοια σωματίδια
βρέθηκαν να εξαρτώνται από την πυκνότητα φορτίου της επιφάνειας της πρωτεΐνης η
οποία επηρεάζει σημαντικά τις ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις. Ως αποτέλεσμα,
για ένα ομοπολυμερές PMAPTAC ο σχηματισμός αδιάλυτων συμπλοκών ευνοείται
για υψηλές τιμές pΗ, όπου η πυκνότητα επιφανειακού φορτίου της πρωτεΐνης είναι
μέγιστη. Αντίθετα, αύξηση της ιοντικής ισχύος οδηγεί σε καταστολή των απώσεων
μακράς εμβέλειας μεταξύ των αρνητικά φορτισμένων περιοχών του
πολυηλεκτρολύτη και της πρωτεΐνης, εξαιτίας τοπικών ηλεκτροστατικών επιδράσεων.
Οι διαφορές στο σχηματισμό συμπλόκου επιβεβαιώθηκαν με σύγκριση δύο
PMAPTAC ομοπολυμερών με διαφορετικά μοριακά βάρη σε σταθερό pΗ. Αυτά τα
συσσωματώματα έδειξαν διαφορές στο μέγεθος και τις επιφανειακές ιδιότητες
οδηγούμενες από την πυκνότητα φορτίου του πολυηλεκτρολύτη. Έτσι, τα μεγαλύτερα
σωματίδια ελήφθησαν από το πολυκατιόν με υψηλότερο μοριακό βάρος σε pΗ 7,40.
Ακόμα, ο ρυθμός κατανάλωσης της BSA για το σχηματισμό συμπλόκου με τον
πολυηλεκτρολύτη ήταν παρόμοιος για όλες τις περιπτώσεις διαφορετικού pH
δίνοντας έτσι το γεγονός ότι η καταβύθιση της BSA είναι ανεξάρτητη του pH. Η
προσθήκη ουδέτερα υδρόφιλου PDMAM επεκτείνει το πιθανό μηχανισμό
συμπλοκοποίησης. Με τη σύγκριση μιας σειράς από συμπολυμερή που φέρουν
διαφορετικό αριθμό των υδρόφιλων ομάδων DMAM, μόνο διαλυτά σύμπλοκα
πολυηλεκτρολύτη / πρωτεΐνης σχηματίζονται με υδροδυναμικά μεγέθη <50 nm. Η
συμπεριφορά αυτή έχει αποδοθεί στην παρουσία των υδρόφιλων μονάδων DMAM
που απλά δρα ως προστατευτικό εξωτερικό κέλυφος των συσσωματωμάτων
εμποδίζοντας περαιτέρω συσσωμάτωση. Συνεπώς, από τα σύμπλοκα που
σχηματίζονται από το συμπολυμερές με την διαφορετική περιεκτικότητα DMAM,
ισχυρότερη προτίμηση ένωσης με την πρωτεΐνη έδειξε το συμπολυμερές με τη
χαμηλότερη περιεκτικότητα DMAM. Αυτό δείχνει τη σημασία των υδρόφιλων
ομάδων οι οποίες παρεμποδίζουν στερεοχημικά την πρόσβαση ή έκθεση των ιόντων
στην επιφάνεια του συμπλόκου. Ακόμα, το υδρόφιλο εξωτερικό κέλυφος είναι είτε
μικρότερο, είτε λιγότερο πυκνό, γεγονός που επιτρέπει την αναδιάταξη των
σωματιδίων έτσι ώστε περισσότερα φορτία να είναι παρών στην επιφάνεια του 4
συσσωματώματος που μπορεί περαιτέρω να αλληλεπιδρούν με το κατιονικό
πολυηλεκτρολύτη.
Έτσι, το σύστημα που παρουσιάζεται εδώ δίνει μία εις βάθος μελέτη των
πιθανών μηχανισμών των αλληλεπιδράσεων πολυηλεκτρολύτη με πρωτεΐνες.
Επιπλέον, ο σχηματισμός συμπλοκών μικρής κλίμακας σταθερών σε υδατικό διάλυμα
επιτεύχθηκε με ρύθμιση παραμέτρων, όπως το μοριακό βάρος, η αναλογία φορτίου
και της ισορροπίας υδρόφιλου / υδρόφοβου. Επιπρόσθετα, τα συστήματα ήταν σε
συμφωνία με περιβαλλοντικές συνθήκες όπως το pΗ και την ιοντική ισχύ. Τέτοια
σωματίδια μπορούν να χρησιμοποιηθούν για παροχή φαρμάκου με καλή σταθερότητα
σε φυσιολογικές συνθήκες που μπορεί να οδηγηθεί μέσω της ροής του αίματος.
Επιπλέον, η ευαισθησία στο pΗ των συστημάτων αυτών τα καθιστά εξαιρετικούς
υποψηφίους για θεραπεία του καρκίνου, όπου οι διαφορές στο pH μεταξύ καρκινικών
και φυσιολογικών κυττάρων μπορούν να δώσουν ιδέες για απελευθέρωση
στοχευόμενου φαρμάκου. / This study concerns the design of protein/polyelectrolyte mixtures for
complexion at physiological conditions. The concept herein involves bovine serum
albumin (BSA) complexes with a set of cationic homopolymers and copolymers of
poly (MAPTAC)-co -poly (N, N-dimethylacrylamide), with different molecular
weight and composition in poly (N, N-dimethylacrylamide) (PDMAM) groups. UVVIS spectrometry, Light Scattering measurements and zeta-potential were involved
in the characterization of the aggregates as a function of charge ratio r
+/-
, pH and
ionic strength.
The results revealed the formation of oppositely charged complexes, at pH
higher than 4.9, the isoelectric point of BSA. Such particles were found dependent on
the charge density of the protein surface which strongly influences the electrostatic
interactions. As a result, for a PMAPTAC homopolymer the formation of insoluble
complexes is favored for high pH values, where the surface charge density of the
protein is maximum. Contrarily, enhancement of ionic strength conditions had led to
suppression of long-range repulsion between polycation and protein negative domains
due to electrostatic screening effects. The differences in the complexation were
confirmed by comparing two PMAPTAC homopolymers with different molecular
weights at constant pH. These aggregates showed differences in size and surface
properties dictated by the charge density of the polyelectrolyte. Thus, larger particles
were obtained from the polycation with higher molecular weight at pH 7.4.
Interestingly, the rate of BSA consumption for polyelectrolyte formation was
identical for all the occasions of pH leading to the conclusion that the consumption of
BSA is independent of pH. Addition of neutral hydrophilic PDMAM extended the
possible complexation mechanism. By comparing a set of copolymers bearing
different content of hydrophilic DMAM groups, only soluble polyelectrolyte/ protein
complexes were formed with hydrodynamic sizes < 50 nm. This behavior has been
ascribed to the presence of the hydrophilic DMAM units that acts as a protective
hydrated outer shell of the aggregates refraining further aggregation. Accordingly, the
complexes formed from the copolymer with the different DMAM content have shown 2
stronger protein affinity for the copolymer with the lowest DMAM content. This
illustrates the importance of hydrophilic groups which sterically hinder the access
and/or exposure of ions to the surface of the complex. Thus the hydrophilic outer shell
is either shorter or less dense, fact that allows rearrangement of the particles so that
more charges are present on the surface of the aggregate that can further interact with
the cationic polyelectrolyte.
Thus, the system presented herein represents an in depth study of possible
mechanisms of polyelectrolyte interactions with proteins. Furthermore, the formation
of nano-scaled complexes stable in aqueous solution was achieved by tuning
molecular parameters such as molecular weight, charge ratio and
hydrophilic/hydrophobic balance. Additionally, the systems had presented
responsiveness to environmental stimuli such as pH and ionic strength. Such particles
can be used for drug delivery with good stability at physiological conditions which
can lead to long circulation in the blood stream. Moreover, the pH sensitivity of these
systems makes them excellent aspirants for cancer therapy where differences in tumor
and normal cell pH is a concept for targeted drug delivery.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:upatras.gr/oai:nemertes:10889/5922 |
| Date | 29 March 2013 |
| Creators | Ασημακόπουλος, Θεοφάνης |
| Contributors | Στάϊκος, Γεώργιος, Μπόκιας, Γεώργιος, Βογιατζής, Γεώργιος, Βανακάρας, Αλέξανδρος, Κωστόπουλος, Βασίλειος, Βραδής, Αλέξανδρος, Στάικος, Γεώργιος |
| Source Sets | University of Patras |
| Language | gr |
| Detected Language | Greek |
| Type | Thesis |
| Rights | 0 |
| Relation | Η ΒΚΠ διαθέτει αντίτυπο της διατριβής σε έντυπη μορφή στο βιβλιοστάσιο διδακτορικών διατριβών που βρίσκεται στο ισόγειο του κτιρίου της. |
Page generated in 0.0025 seconds