Modifikace termocitlivého kopolymeru bioaktivními látkami pro medicínské aplikace
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
B
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická
Abstract
Biodegradabilné syntetické polyméry nesú vlastnosti, ktoré ich zvýhodňujú oproti iným materiálom používaným na poli regeneratívnej medicíny a tkanivového inžinierstva. Najdôležitejšie výhody zahŕňajú schopnosť prispôsobovať mechanické a chemické vlastnosti aj kinetiku degradácie. Obzvlášť polyestery sú zaujímavé z pohľadu na ich biodegradáciu. Podliehajú hydrolýze, počas ktorej dochádza k štiepeniu esterových väzieb a degradačné produkty sú metabolizované bez akýchkoľvek škodlivých účinkov. Diplomová práca je zameraná na syntetické biodegradabilné triblokové kopolyméry PLGA-PEG-PLGA s obsahom kyseliny polymliečnej (PLA), kyseliny polyglykolovej (PGA) a polyetylénglykolu (PEG), ktoré patria do skupiny biodegradabilných polyesterov. Obsah hydrofilnej a hydrofóbnej zložky polymérneho reťazca spôsobuje amfifilný charakter kopolyméru. Pripravené triblokové kopolyméry sú schopné tvoriť hydrogél pomocou fyzikálneho sieťovania v dôsledku ich amfifilného charakteru. Tieto materiály zaznamenali významný záujem vo vedeckej oblasti. Teoretická časť diplomovej práce všeobecne popisuje hydrogély, bližšie sa venuje fyzikálnemu sieťovaniu amfifilných blokových kopolymérov a mechanizmom degradácie. Podrobný popis triblokového kopolyméru PLGA-PEG-PLGA je rozdelený na PLGA kopolyméry, PEG a ich fyzikálno-chemické vlastnosti. Zahrnuté sú aj poznatky o chemickej funkcionalizácii anhydridom kyseliny jantárovej, anhydridom kyseliny itakonovej a kyselinou listovou. Dopamín je prezentovaný ako spájací faktor a spomenuté sú taktiež najdôležitejšie bioaktívne látky. Experimentálna časť sa zaoberá konkrétnymi metódami syntézy, ktoré viedli k funkcionalizácii a modifikácii triblokových kopolymérov PLGA-PEG-PLGA. Funkcionalizáciou anhydridom kyseliny itakonovej bol získaný kopolymér s oboma koncami obohatenými o reaktívne dvojité väzby a karboxylové funkčné skupiny. Dvojité väzby umožňujú chemické sieťovanie a koncové karboxylové skupiny ponúkajú možnosť modifikácie kopolyméru biologicky aktívnymi látkami. Modifikácia bioaktívnymi látkami L-lyzínom a butylamínom obohacuje polymérnu sieť a dopamín v roli spojovacieho faktoru poskytuje univerzálnosť v naväzovaní bioaktívnych látok, stabilizuje ich a zabezpečuje zachovanie biologickej aktivity naviazaných bioaktívnych látok predĺžením reťazca. Výsledné produkty boli charakterizované pomocou 1H NMR, FTIR a DRA analýz. Funkcionalizácia anhydridom kyseliny itakonovej bola prevádzaná v tavenine. Podarilo sa dosiahnuť vyššieho množstva naviazanej kyseliny itakovovej s hodnotou 79,4 mol % a následné modifikácie boli prevádzané vo vodnom roztoku, organickom roztoku a taktiež v tavenine. Bolo zistené, že najefektívnejšia metóda modifikácie bola syntéza v organickom roztoku s rozpúšťadlom N,N-dimetylformamidom a aktivačným systémom dicyklohexylkarbodiimid/4-(dimetylamino)pyridínom. Najvyššie množstvo naviazaného dopamínu bolo 18,6 mol %, najvyššie množstvo naviazaného butylamínu bolo 7,8 mol % a L-lyzín sa naviazať nepodarilo.
Biodegradable synthetic polymers bring many advantages over other materials for the utilization in the field of regenerative medicine and tissue engineering. The most important advances involve the capability of optimalizing mechanical or chemical properties and the degradation kinetics. Especially polyesters are interesting because of their simple biodegradation. They undergo the hydrolysis of ester linkage and the degradation products are metabolized without harmful effects. Diploma thesis is focused on synthetic biodegradable PLGA-PEG-PLGA triblock copolymers based on poly(lactic acid) (PLA), poly(glycolic acid) (PGA) and poly(ethylene glycol) (PEG) that belong to the group of biodegradable polyesters. The content of hydrophilic and hydrophobic parts of polymer chain induces the amphiphilic character. Prepared triblock copolymers are capable of forming hydrogel by physical cross-linking in consequence of their amphiphilic character. These materials have noticed significant interest in the field of medical sciences. Theoretical part describes hydrogels, physical cross-linking of amphiphilic block copolymers and the mechanisms of degradation. Description of PLGA-PEG-PLGA triblock copolymers is divided on PLGA copolymers, PEG and their physico-chemical properties. Reliable knowledge of chemical functionalization by succinic anhydride, folic acid and itaconic anhydride is presented. Dopamine is introduces as a linker and the most important bioactive substances are mentioned. Experimental part presents certain methods of synthesis that lead to functionalization and modification of PLGA-PEG-PLGA triblock copolymers. Functionalization by itaconic anhydride was proceeded to obtain functionalized copolymer with both ends capped by reactive double bonds and carboxylic groups. The double bonds enable to form chemical cross-links and the end-capped carboxylic groups offer the opportunity to modify it by biologically active compounds. The modification by bioactive substances L-lysine and butylamine enriches the polymer network and linker dopamine provides the versatility of attached bioactive substances, their stabilization and the maintenance of its biological activity. Final products were characterized by the means of 1H NMR, FTIR and DRA analysis. Functionalization was carried out in a bulk with higher amount of bonded itaconic acid 79.4 mol % and subsequent modifications were proceeded in aqueous solution, organic solution or in a bulk. The most effective method of modification was synthesis in organic solution with solvent N,N-dimethylformamide with activating system dicyclohexylcarbodiimide and 4-(dimethylamino)pyridine. The highest amount of bonded dopamine was 18.6 mol %, the highest amount of attached butylamine was 7.8 mol % and L-lysine was not bonded at all.
Biodegradable synthetic polymers bring many advantages over other materials for the utilization in the field of regenerative medicine and tissue engineering. The most important advances involve the capability of optimalizing mechanical or chemical properties and the degradation kinetics. Especially polyesters are interesting because of their simple biodegradation. They undergo the hydrolysis of ester linkage and the degradation products are metabolized without harmful effects. Diploma thesis is focused on synthetic biodegradable PLGA-PEG-PLGA triblock copolymers based on poly(lactic acid) (PLA), poly(glycolic acid) (PGA) and poly(ethylene glycol) (PEG) that belong to the group of biodegradable polyesters. The content of hydrophilic and hydrophobic parts of polymer chain induces the amphiphilic character. Prepared triblock copolymers are capable of forming hydrogel by physical cross-linking in consequence of their amphiphilic character. These materials have noticed significant interest in the field of medical sciences. Theoretical part describes hydrogels, physical cross-linking of amphiphilic block copolymers and the mechanisms of degradation. Description of PLGA-PEG-PLGA triblock copolymers is divided on PLGA copolymers, PEG and their physico-chemical properties. Reliable knowledge of chemical functionalization by succinic anhydride, folic acid and itaconic anhydride is presented. Dopamine is introduces as a linker and the most important bioactive substances are mentioned. Experimental part presents certain methods of synthesis that lead to functionalization and modification of PLGA-PEG-PLGA triblock copolymers. Functionalization by itaconic anhydride was proceeded to obtain functionalized copolymer with both ends capped by reactive double bonds and carboxylic groups. The double bonds enable to form chemical cross-links and the end-capped carboxylic groups offer the opportunity to modify it by biologically active compounds. The modification by bioactive substances L-lysine and butylamine enriches the polymer network and linker dopamine provides the versatility of attached bioactive substances, their stabilization and the maintenance of its biological activity. Final products were characterized by the means of 1H NMR, FTIR and DRA analysis. Functionalization was carried out in a bulk with higher amount of bonded itaconic acid 79.4 mol % and subsequent modifications were proceeded in aqueous solution, organic solution or in a bulk. The most effective method of modification was synthesis in organic solution with solvent N,N-dimethylformamide with activating system dicyclohexylcarbodiimide and 4-(dimethylamino)pyridine. The highest amount of bonded dopamine was 18.6 mol %, the highest amount of attached butylamine was 7.8 mol % and L-lysine was not bonded at all.
Description
Keywords
Termocitlivý biodegradabilný kopolymer, chemická funkcionalizácia, anhydrid kyseliny itakonovej, modifikácia, dopamín, bioaktívna látka, butylamín, L-lyzín, syntéza, fyzikálne sieťovanie, Thermosensitive biodegradable copolymer, chemical functionalization, itaconic anhydride, modification, dopamine, bioactive substance, butylamine, L-lysine, synthesis, physical cross-linking
Citation
DEBNÁROVÁ, S. Modifikace termocitlivého kopolymeru bioaktivními látkami pro medicínské aplikace [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická. 2018.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Chemie, technologie a vlastnosti materiálů
Comittee
prof. RNDr. Josef Jančář, CSc. (předseda)
prof. Ing. Ladislav Omelka, DrSc. (člen)
prof. Dr. Ing. Martin Palou (člen)
prof. Ing. Petr Ptáček, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Tomáš Svěrák, CSc. (člen)
doc. Ing. Lucy Vojtová, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Marián Lehocký, Ph.D. (člen)
RNDr. Ladislav Pospíšil, CSc. (člen)
Date of acceptance
2018-05-28
Defence
Diplomantka seznámila komisi s hlavními výsledky své diplomové práce zaměřené na modifikaci blokových kopolymerů biologicky aktivními látkami. Prezentace byla srozumitelná a prezentované výsledky byly zajímavé. Odpovědi na dotazy oponentky byly správné a úplné.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Přístup k plnému textu prostřednictvím internetu byl licenční smlouvou omezen na dobu 3 roku/let