Структурно-функциональные закономерности воздействия амфифильных блок-сополимеров на раковые клетки, страница 3

Например, по формуле Гриффина ГЛБ рассчитывают как отношениемолекулярной массы гидрофильного блока, умноженной на 20, к молекулярной массе всегополимера (формула I):ГЛБ = 20 × (Mм гидрофильного блока / Mм макромолекулы) [4](I).Чем больше значение ГЛБ, тем гидрофильнее полимер. Значения ГЛБ одного и того жесоединения, определенные разными методами, часто не совпадают. В то же время, величинаГЛБ не зависит от химической природы блоков в составе сополимера.В очень разбавленных растворах и/или при низкой температуре плюроники существуютв виде неассоциированных молекул, которые представляют собой Гауссовы клубки [5]. Помере увеличения температуры или концентрации полимера в растворе появляютсямицеллярные агрегаты, которые находятся в равновесии с единичными молекулами(юнимерами).Внутреннее,гидрофобноеядротакихмицеллсостоитизучастковполипропиленоксида, а внешняя гидрофильная оболочка – из полиэтиленоксида.

Взависимости от структуры полимера, его концентрации в растворе и температуры, могутобразовываться сферические или цилиндрические мицеллы, гексагональные или кубическиефазы. Размер мицелл плюроников, а значит и число агрегации (количество макромолекул водной мицелле), сильно зависит от молекулярного веса полимера и температуры. Всферической мицелле число агрегации варьирует от 30 до 100 [6, 7]. Плюроники L121 и Р123вместо мицелл образуют бислойные везикулы, имеющие полости, заполненные водой [8, 9, 10,11].Мицеллообразование в водном растворе конкретного плюроника определяется,главным образом, концентрацией полимера и температурой. Концентрация, при которойначинается образование мицелл, называется критической концентрацией мицеллообразования(ККМ).

Это понятие довольно условное, поскольку практически мицеллообразованиепроисходит в интервале (хотя и узком) концентраций. Обычно ККМ определяют, измеряяповерхностное натяжение, светорассеяние растворов полимеров, солюбилизацию красителей вмицеллах и другие методы [12, 13, 14]. Поверхностное натяжение уменьшается с ростом11концентрации ПАВ и достигает предела вблизи ККМ. Интенсивность светорассеяния, как иинтенсивность флюоресценции гидрофобных красителей, напротив, увеличиваются приобразовании мицелл.Значения ККМ плюроников варьируют в широком диапазоне от 10-7 М до 10-4 М взависимостиотструктурымолекулыблок-сополимера.ККМплюрониковобычноуменьшаются с ростом степени полимеризации ППО и общей гидрофобности блоксополимера [15].

Так, например, при близком содержании этиленоксида (~50 звеньев)увеличение количества звеньев пропиленоксида с 40 (P85) до 60 (P105) приводит куменьшению ККМ на порядок: с 65 мкМ до 6,2 мкМ [16]. В работе P. Alexandridis с соавт.была обнаружена линейная корреляция с отрицательным наклоном между lg ККМ иколичеством гидрофобных групп ПО в молекуле плюроника [17]. В то же время, влияниегидрофильного фрагмента ПЭО на критические параметры мицеллообразования оказалосьменее выражено.

При постоянной величине блока ППО увеличение степени полимеризацииЭО приводит к незначительному возрастанию ККМ. Таким образом, именно гидрофобныйблок ППО определяет мицеллообразование плюроников в водном растворе. При постоянномсоотношении ПО/ЭО увеличение молекулярной массы плюроника приводит к уменьшениюККМ, т.е. блок-сополимеры с большей молекулярной массой в большей степени склонны кобразованию мицелл в водных растворах [18, 19].Способность блок-сополимеров этиленоксида и пропиленоксида образовывать мицеллызависит от количества блоков в молекуле сополимера и их расположения (архитектурымакромолекулы) [20]. Методом малоуглового светорассеяния было показано, что двублочныесополимеры ППО и ПЭО характеризуются значительно меньшим значением ККМ, чемтрехблочные плюроники.

Интересно, что триблок-сополимеры строения ПOm/2ЭOnПOm/2образуютмицеллыприменьшейконцентрации,чемсополимерыархитектурыЭОn/2ПOmЭOn/2. Этот факт указывает на важность топологии укладки цепей дляформирования мицеллярных структур.Полимерная природа плюроников проявляется ещё в одном существенном свойстве ихводных растворов. Несмотря на то, что мицеллы образуются сразу после растворенияполимера в воде, в течение приблизительно 30 часов наблюдаются перестройки растворов,сопровождающиеся поглощением тепла [21]. Явление «старения» растворов наблюдалось дляплюроников F88 и F87, однако можно предполагать, что аналогичные процессы должныпроисходить и в растворах других плюроников.Водные растворы плюроников относятся к системам, характеризующимся нижнейкритической температурой растворения (НКТР), ниже которой в системе не наблюдаетсярасслоения при любой концентрации полимера.

Существование НКТР полиалкиленоксидов12обусловлено образованием водородных связей между полярными эфирными группами –С–О–С и водой, вследствие чего уменьшается энтропия смешения ∆Sсм < 0. При повышениитемпературы водородные связи разрушаются, в то время как гидрофобные взаимодействиямежду метильными группами усиливаются, и в системе происходит фазовое разделение [22].Мицеллообразование плюроников, а также их поверхностная активность обусловлены разнойрастворимостью в воде пропиленоксида и этиленоксида.

Так, например, НКТР гомополимераПЭО равна ~100ºС, а для ППО – эта величина существенно меньше: +10ºС и ниже. Прикомнатной температуре ППО практически не растворим в воде [23]. Поэтому вода притемпературе 20-40ºС является селективным растворителем для плюроников: блоки ПЭО в нейхорошо набухают и растворяются, а блоки ППО, напротив, коллапсируют и стремятсяограничить поверхность контакта с водой. При этом может происходить выделение их вотдельную фазу с образованием мицелл, адсорбция на гидрофобной поверхности иливстраивание в гидрофобную микрофазу.Таблица 1. Критическая концентрация мицеллообразования (ККМ)исследованных соединений по данным литературыККМ, мкМ (температура определения, оС)СоединенияЭО2ПО30ЭО2 (L61)110 [24]ЭО13ПО30ЭО13 (L64)1379 (35º) и 344 (40º) [18], 480 [24], 5,6 [25]ЭО76ПО30ЭО76 (F68)ЭО3ПО40ЭО3 (L81) 480 (370) [24], 1140 (370) [26], 1400 (25º) [27], 8333 (40º) [18],12000 (370) [28]23 [24]ЭО26ПО40ЭО26 (P85)66 (40º) [29], 65 [30], 100 [31], 434 (35º) и 108 (40º) [18], 22 [32],8,7 [28], 8,1 [25]ЭО61ПО40ЭО61 (F87)91 [24]ЭО20ПО70ЭО20 (P123) 0,57 (43º) и 1,7 (35º) [33.], 2 (35º) [18], 2,5 (25º) [34], 4,4 (37º) [24]ЭО100ПО69ЭО100 (F127)635 [35], 555-794 [19, 36], 800 [27], 0,08 и 500 [37], 0,8 [38], 2,8[39],4 (42º) [33], 19 (35º) и 6 (40º) [18]t-Bu-ЭО24ПO19 (REP)37 [40]Трет-октил-Ph-ЭО10215 [18] и 279 [41].(Triton X-100)C12H25ЭО24 (Brij 35) 45 (30º) [42], 41-163 (25º) [43.], 85 [44]Определение ККМ плюроников и других поверхностно-активных соединений описанов работах многих исследователей.

В табл. 1 приведены значения ККМ соединений,использованных в настоящей работе. Сравнение данных литературы показывает, что значения13ККМ плюроника Р123, определенные разными авторами, совпадают (табл. 1). Аналогичныерезультаты были получены для Triton Х-100. Однако значения ККМ большинства другихинтересующих нас соединений оказались чрезвычайно разнообразны.

Так, описанные влитературе значения ККМ плюроника P85 варьируют от 8,1 [25] до 434 мкМ [18], а плюроникаF127 - от 0,08 [37] до 800 мкМ [27]. В статьях даже одних и тех же авторов приводятсяразличные значения ККМ полимеров, например, ККМ плюроника F68 снижалась со временемс 12000 мкМ в 1995 г. [28] до 1140 в 1998 г. [26] и 480 мкМ в 1999 г. [24] при одной и той жетемпературе определения (370С). Значения ККМ для плюроника L64, опубликованныеразными авторами, также изменяются в широком диапазоне концентраций – от 5,6 мкМ [25]до 1379 мкМ [18].В литературе неоднократно поднимался вопрос о причинах вариабельности значенийККМ, опубликованных разными авторами [45, 46, 18].

Большую роль в этом вопросе играюттемпературные условия, при которых проводится определение ККМ. Учитывая физикохимические основы мицеллообразования плюроников, можно ожидать, что дегидратация ЭОцепей полимера при повышении температуры может снижать свободную энергиюмицеллообразования и таким образом приводить к уменьшению ККМ [31, 47].Формированиямицеллв растворах плюрониковненаблюдается вплотьдотемпературы, называемой критической температурой мицеллообразования – КТМ, которая,также как и ККМ, увеличивается с уменьшением гидрофобности плюроника прификсированнойдлинегидрофобногоблока.Инымисловами,повышениеобщейгидрофильности блок-сополимера вызывает увеличение КТМ.

КТМ зависит от концентрацииплюроника, а ККМ – зависит от температуры. Поэтому и ККМ, и КТМ плюрониковизменяются в зависимости от состава симбатно: уменьшение ККМ сопровождаетсяуменьшением и КТМ, и наоборот. Критические концентрации мицеллообразования некоторыхплюроников в зависимости от температуры приведены в табл. 2. Видно, что при повышениитемпературы ККМ плюроников падает в разы и даже на порядки (табл. 2).По всей видимости, это свойство плюроников объясняется зависимостью гидратациигидрофобного блока от температуры. Поскольку с ростом температуры уменьшениегидратации гидрофобного блока происходит постепенно, размеры мицелл и параметрымицеллообразования плавно изменяются с изменением температуры.

Зависимость параметровмицеллообразования от температуры обычно не наблюдается в растворах ПАВ, имеющихуглеводороды в качестве гидрофобной части, которые практически не гидратируются.14Таблица 2. Критическая концентрация мицеллообразования (мкМ) плюроников вводной среде в зависимости от температуры раствора [18]Температура, 0СL64F68P85P123F12720---313317425--869552555305172-1956979351379-434219403448333108-64569357130--50-1071---55-357---В литературе также неоднократно высказывалось предположение, что значение ККМзависит от метода его определения [27, 31] вследствие разной чувствительности методик кразмерам агрегатов и их концентрации в растворе [18].Еще одной причиной вариабельности данных по значениям ККМ может бытькомпозиционнаяпроизводителями.неоднородностьТеоретическиеполимеров,расчетыP.вособенностиLinseпривелиполученныхегокразнымивыводу,чтополидисперсность может быть причиной снижения ККМ полимера на несколько порядков.