Комплексы полиамфолитов с липидными мембранами - формирование, строение и свойства

На правах рукописиСитниковаТатьяна АлександровнаКОМПЛЕКСЫ ПОЛИАМФОЛИТОВ С ЛИПИДНЫМИМЕМБРАНАМИ: ФОРМИРОВАНИЕ, СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА.02.00.06 – высокомолекулярные соединения, химические наукиАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата химических наукМОСКВА-2011Работа выполнена в лаборатории синтеза и изучения свойств полимеров кафедрывысокомолекулярныхсоединенийхимическогофакультетаМосковскогогосударственного университета имени М.В. ЛомоносоваНаучный руководитель:доктор химических наук, профессорЯрославов Александр АнатольевичОфициальные оппоненты:доктор химических наук, профессорШтильман Михаил Исааковичдоктор химических наук, профессорЛитманович Андрей АркадьевичВедущая организация:УчреждениеРоссийскойИнститут химическойакадемиинаукфизики им.Н.Н.Семенова РАНтехнологииимениМ.В.Ломоносова»(МИТХТ им.

М.В. Ломоносова).Защита состоится 08 июня 2011 г. в 1500 часов на заседании диссертационногосовета Д 501.001.60 по химическим наукам при Московском государственномуниверситете имени М.В.Ломоносова по адресу: 119991, г. Москва, Ленинские горы, д.1,стр.3, МГУ имени М.В.Ломоносова, Химический факультет, Лабораторный корпус «А»,кафедра высокомолекулярных соединений, ауд.

501.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке химического факультетаМосковского государственного университета имени М.В.Ломоносова.Автореферат разослан ____ мая 2011 г.Ученый секретарьдиссертационного советак.х.н.Долгова А.А.2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.Актуальность проблемы.

В последнее время синтетические полиэлектролитынаходят все большее применение в различных областях биологии и медицины. На ихоснове разработаны новые иммуностимуляторы и средства доставки генетическогоматериала в клетки. Показано, что полиэлектролиты обладают антикоагулянтной иантивирусной активностью, а также антимикробными и противоопухолевыми свойствами.Постоянное расширение спектра биомедицинских применений полиэлектролитов делаетнеобходимым исследовать их поведение в биологическом окружении и, в первую очередь,механизмы их взаимодействия с клетками.

При рассмотрении физико-химическихаспектов такого взаимодействия наряду с клетками часто используют модельные системы,среди которых широкое распространение получили сферические бислойные везикулы(липосомы), сформированные из липидов и синтетических липидоподобных соединений.Основное внимание в этих работах было уделено катионным и неионнымполимерам. Первые были выбраны из-за их высокого сродства к отрицательнозаряженным клеточным и модельным липидным мембранам.

Интерес к неионнымблоксополимерам полиэтиленоксида и полипропиленоксида (плюроникам) был связан сих способностью ускорять мембранный транспорт низкомолекулярных биологическиактивных веществ. Оказалось однако, что наряду с очевидными положительнымиэффектами поликатионы характеризуются довольно высоким уровнем цитотоксичности.Нетоксичныеплюроникидемонстрируютнизкуюаффинностькбиологическиммембранам. Это заставляет обратиться к поиску новых полимеров с минимальнойцитотоксичностью, способных эффективно адсорбироваться на клеточной мембране.Цель работы состояла в синтезе полиамфолитов - полимеров, содержащих в своемсоставе катионные и анионные группы, в исследовании их комплексообразования санионными липосомами и цитотоксичности полученных полимеров.В работе:синтезированы полиамфолиты с катионными и анионными группами в каждомзвене, с бетаиновыми и катионными группами и с бетаиновыми группами и боковымицетильными радикалами;исследованы:− формирование комплексов полиамфолитов с анионными липосомами;− структурные перестройки в липосомальных мембранах под действиемполиамфолитов;− целостность липидных мембран в контакте с полиамфолитами;3− стабильность комплексов полиамфолит-липосома в водно-солевых средах;− цитотоксичность полученных полимеров по отношению к нормальнымклеткам карциномы молочной железы человека.Научнаяновизна.Спомощьюмодификацииполи-4-винилпиридинаω-бромкарбоновыми кислотами и бромистыми алкилами синтезированы три группыполиамфолитов: 1) с катионными и анионными группами в каждом звене (полибетаины,ПБ), 2) с бетаиновыми и катионными группами (ПБК) и 3) с бетаиновыми группами ибоковыми цетильными радикалами (ПБЦ).

Впервые показано, что варьирование длиныразвязки в бетаиновой группировке позволяет реализовать различные варианты поведенияполибетаина в суспензии анионных липосом: от отсутствия взаимодействия («мирногососуществования») до значительных структурных перестроек в липосомальной мембране,вызванных адсорбцией полимера («агрессивного комплексообразования»). Установлено,что введение в молекулу полибетаина катионных или гидрофобных звеньев приводит кповышению стабильности комплексов полимер-липосома в водно-солевых растворах.Впервые показано, что цитотоксичность синтезированных полиамфолитов на 1-2 порядканиже цитотоксичности поликатиона схожего строения, поли-N-этил-4-винилпиридинийбромида (ПЭВП), той же степени полимеризации.Практическая значимость. Результаты, полученные при исследовании модельнойсистемы полиамфолит-липосома, имеют принципиальное значение для пониманиямеханизма взаимодействия синтетических полиэлектролитов с клетками.

Описанная вработе взаимосвязь между строением бетаиновой группировки (длиной метиленовойразвязки в ней) и реакцией липидной мембраны на присутствие полиамфолита можетбыть использована для реализации различных вариантов поведения полиэлектролитов вбиологическим окружении. Низкая токсичность делает полиамфолиты перспективнымобъектом для иммобилизации биологически активных веществ.Апробацияработы.Основныерезультатыдиссертационнойработыдокладывались и обсуждались на 3-ей Всероссийской Каргинской конференции«Полимеры – 2004» (Россия, Москва, 2004), 3-ем Международном симпозиуме«Молекулярный дизайн и синтез супрамолекулярных архитектур» (Россия, Казань, 2004),5-ом Международном симпозиуме «Молекулярная подвижность и упорядоченность вполимерных системах) (Россия, Санкт- Петербург, 2005), 4-ой Всероссийской Каргинскойконференции «Наука о полимерах 21-му веку» (Россия, Москва, 2007), Европейскомполимерном конгрессе (Словения, Портороз, 2007), 2-ом Международном форуме понанотехнологиям(Россия,Москва,2009),Юбилейнойнаучнойконференции,посвященной 80-летию химического факультета МГУ (Россия, Москва, 2009).4Публикации.

По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 3статьи в журналах, рекомендованных ВАК и 7 тезисов докладов на российских имеждународных конференциях.Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 127страницах машинописного текста, содержит 48 рисунков, 3 таблицы. Диссертация состоитиз введения, обзора литературы, экспериментальной части, обсуждения результатов,выводов, списка цитируемой литературы из 144 ссылок.Во введении дано обоснование актуальности диссертационной работы и указаны еецели и задачи.В обзоре литературы проанализированы приведенные в литературе данные построению и свойствам липосом и ленгмюровских монослоев, адсорбции катионныхполимеров на поверхности липосом и монослоев и структуре липидных мембран вкомплексе с поликатионами.Вэкспериментальнойописанычастиобъектыиметодыисследования.Иcпользованные в работе полиамфолиты представлены в Таблице 1.

Состав полимеровопределяли методом ИК спектроскопии. Степень полимеризации всех полимеров быларавна600.Концентрацияполимеровприведенавмоляхкватернизованных(пиридиниевых) групп на литр раствора.Для получения липосом использовали этанольные или хлороформные растворыанионныхлипидов:дифосфатидилглицероладиолеоилфосфатидилглицерола(ДОФГ1-);(кардиолипина,цвиттер-ионныхКЛ2-)и(электронейтральных)липидов: яичного лецитина (фосфатидилхолина, ФХ) и дипальмитоилфосфатидилхолина(ДПФХ); и флуоресцентно меченых липидов: 1,2-диолеоил-глицеро-3-фосфоэтаноламинN-(карбоксифлуоресцеина)(ДОФЭА-КФ)идипальмитоил-фосфатидилэтаноламина,меченного нитробензоксодиазолом (ДПФЭ-НБД) (Рис. 1).Ультразвуковойобработкойсуспензиилипидоввводеполучалималыемоноламеллярные липосомы ФХ/КЛ2- и ДПФХ/ДОФГ1- с мольной долей отрицательнозаряженных "головок" ν(-) = 2[КЛ2-]/(2[КЛ2-]+[ФХ]) или ν(-) = [ДОФГ1-]/([ДОФГ1-] +[ДПФХ]) = 0,2.