Введение к работе
Актуальность проблемы. В последнее время синтетические полиэлектролиты находят все большее применение в различных областях биологии и медицины. На их основе разработаны новые иммуностимуляторы и средства доставки генетического материала в клетки. Показано, что полиэлектролиты обладают антикоагулянтной и антивирусной активностью, а также антимикробными и противоопухолевыми свойствами. Постоянное расширение спектра биомедицинских применений полиэлектролитов делает необходимым исследовать их поведение в биологическом окружении и, в первую очередь, механизмы их взаимодействия с клетками. При рассмотрении физико-химических аспектов 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 неионным полимерам. Первые были выбраны из-за их высокого сродства к отрицательно заряженным клеточным и модельным липидным мембранам. Интерес к неионным блоксополимерам полиэтиленоксида и полипропиленоксида (плюроникам) был связан с их способностью ускорять мембранный транспорт низкомолекулярных биологически активных веществ. Оказалось однако, что наряду с очевидными положительными эффектами поликатионы характеризуются довольно высоким уровнем цитотоксичности. Нетоксичные плюроники демонстрируют низкую аффинность к биологическим мембранам. Это заставляет обратиться к поиску новых полимеров с минимальной цитотоксичностью, способных эффективно адсорбироваться на клеточной мембране.
Цель работы состояла в синтезе полиамфолитов - полимеров, содержащих в своем составе катионные и анионные группы, в исследовании их комплексообразования с анионными липосомами и цитотоксичности полученных полимеров.
В работе:
синтезированы полиамфолиты с катионными и анионными группами в каждом звене, с бетаиновыми и катионными группами и с бетаиновыми группами и боковыми цетильными радикалами;
исследованы:
формирование комплексов полиамфолитов с анионными липосомами;
структурные перестройки в липосомальных мембранах под действием полиамфолитов;
целостность липидных мембран в контакте с полиамфолитами;
стабильность комплексов полиамфолит-липосома в водно-солевых средах;
цитотоксичность полученных полимеров по отношению к нормальным клеткам карциномы молочной железы человека.
Научная новизна. С помощью модификации поли-4-винилпиридина со-бромкарбоновыми кислотами и бромистыми алкилами синтезированы три группы полиамфолитов: 1) с катионными и анионными группами в каждом звене (полибетаины, ПБ), 2) с бетаиновыми и катионными группами (ПБК) и 3) с бетаиновыми группами и боковыми цетильными радикалами (ПБЦ). Впервые показано, что варьирование длины развязки в бетаиновой группировке позволяет реализовать различные варианты поведения полибетаина в суспензии анионных липосом: от отсутствия взаимодействия («мирного сосуществования») до значительных структурных перестроек в липосомальной мембране, вызванных адсорбцией полимера («агрессивного комплексообразования»). Установлено, что введение в молекулу полибетаина катионных или гидрофобных звеньев приводит к повышению стабильности комплексов полимер-липосома в водно-солевых растворах. Впервые показано, что цитотоксичность синтезированных полиамфолитов на 1-2 порядка ниже цитотоксичности поликатиона схожего строения, поли-1М-этил-4-винилпиридиний бромида (ПЭВП), той же степени полимеризации.
Практическая значимость. Результаты, полученные при исследовании модельной системы полиамфолит-липосома, имеют принципиальное значение для понимания механизма взаимодействия синтетических полиэлектролитов с клетками. Описанная в работе взаимосвязь между строением бетаиновой группировки (длиной метиленовой развязки в ней) и реакцией липидной мембраны на присутствие полиамфолита может быть использована для реализации различных вариантов поведения полиэлектролитов в биологическим окружении. Низкая токсичность делает полиамфолиты перспективным объектом для иммобилизации биологически активных веществ.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались 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 в полимерных системах) (Россия, Санкт- Петербург, 2005), 4-ой Всероссийской Каргинской конференции «Наука о полимерах 21-му веку» (Россия, Москва, 2007), Европейском полимерном конгрессе (Словения, Портороз, 2007), 2-ом Международном форуме по нанотехнологиям (Россия, Москва, 2009), Юбилейной научной конференции, посвященной 80-летию химического факультета МГУ (Россия, Москва, 2009).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК и 7 тезисов докладов на российских и международных конференциях.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 127 страницах машинописного текста, содержит 48 рисунков, 3 таблицы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов, списка цитируемой литературы из 144 ссылок.
