ИСТИНА

Цель предлагаемого проекта состоит в получении и систематическом исследовании свойств наноразмерных функциональных комплексных макромолекулярных структур везикулярного типа. Для этого предполагается использовать процессы самосборки и самоорганизации, происходящие в водных растворах противоположно заряженных макромолекул (интерполиэлектролитное комплексообразование). Отличительной особенностью данного проекта является использование в качестве одного из полимерных компонентов ионогенного звездообразного гетеролучевого сополимера, содержащего несколько катионных лучей исчерпывающего кватернизованного полидиметиламиноэтилметакрилата и один луч полиэтиленоксида. Звездообразная архитектура одного из полимерных компонентов является ключевым условием для формирования везикулярных интерполиэлектролитных комплексов (интерполиэлектролитных полимерсом) в исследуемых системах, тогда как присутствие в его составе неионогенного, но гидрофильного луча обеспечивает их коллоидную устойчивость. Взаимодействие такого катионного звездообразного гетеролучевого сополимера с линейной полиакриловой кислотой или с линейным бис-гидрофильным диблок-сополимером, содержащим блок полиакриловой кислоты и термочувствительный блок поли-N-изопропилакриламида, позволит придать интерполиэлектролитным полимерсомам стимулчувствительные свойства (чувствительность к изменению рН и ионной силы или рН, ионной силы и температуры, соответственно). Проект предполагает систематическое изучение влияния рН, ионной силы и температуры, а также степени полимеризации линейного полимерного компонента (или степеней полимеризации его блоков в случае линейного бис-гидрофильного диблок-сополимера) на коллоидную устойчивость везикулярных интерполиэлектролитных комплексов, а также на их устойчивость по отношению к диссоциации на составляющие компоненты под действием низкомолекулярного электролита. Проведение подобного исследования обеспечит необходимые предпосылки для разработки подходов к созданию прототипов стимулчувствительных («умных») наноразмерных контейнеров для доставки лекарственных веществ и диагностических маркеров.

The project is aimed at preparation and systematic study of nanosized functional complex macromolecular structures of vesicular type. To acieve this aim, co-/self-assembly processes proceeding in aqueous mixtures of oppositely charged macromolecules (interpolyelectrolyte complexation) will be exploited. A distinctive feature of this project is the use of an ionic star-shaped heteroarm copolymer containing several cationic arms of exhaustively quaternized poly(N,N-(dimethylamino)ethyl methacrylate) and one poly(ethylene oxide) arm as one of the polymeric components. Star-shaped topology of one of the polymeric components is a key condition for vesicular morphology of interpolyelectrolyte complexes (interpolyelectrolyte polymersomes) formed in systems under the study while non-ionic but hydrophilic arms in macromolecules of the copolymer grant them colloidal stability. The interaction of the cationic star-shaped heteroarm copolymer with a linear poly(acrylic acid) or a linear bis-hydrophilic diblock copolymer containing a poly(acrylic acid) block and a thermoresponsive poly(N-isopropylacrylamide) block allows for imparting stimuli-sensitivity (sensitivity to pH, ionic strength, and temperature) to the interpolylectrolyte polymersomes. Within the project, the effects of pH, ionic strength, and temperature as well as degree of polymerization of the linear polymeric component (or degrees of polymerization of its blocks in the case of the linear bis-hydrophilic diblock copolymer) on colloidal stability of the vesicular interpolylectrolyte complexes as well as their stability against salt-induced dissociation to the polymeric components will be systematically investigated. Results of this research will provide necessary pre-requisites for developing approaches to build-up prototypes of stimuli-sensitive ("smart") nanosized containers for drug delivery and diagnostic markers.

1. Методами турбидиметрического и потенциометрического титрования будут установлены интервалы значений рН и ионной силы водных смесей противоположно заряженных полимерных компонентов (звездообразного бис-гидрофильного гетеролучевого сополимера и линейного полиэлектролита и звездообразного бис-гидрофильного гетеролучевого сополимера и термочувствительного линейного бис-гидрофильного диблок-сополимера), соответствующие образованию везикулярных интерполиэлектролитных комплексов. Заключение об образовании в водных смесях противоположно заряженных полимерных компонентов везикулярных структур будет сделано как на основании данных по инкапсулированию флуоресцентного красителя в их водосодержащие полости, так и на основании данных, которые планируется получить методом просвечивающей (и возможно сканирующей) электронной микроскопии. Методами аналитической скоростной седиментации и динамического светорассеяния будут получены зависимости их гидродинамических характеристик от рН и ионной силы окружающей среды. 2. Методами турбидиметрического титрования и аналитической скоростной седиментации будет выявлено влияния степени полимеризации линейного полиэлектролита и степеней полимеризации блоков термочувствительного линейного бис-гидрофильного диблок-сополимера на свойства (коллоидную устойчивость и устойчивость по отношению к диссоциации на составляющие компоненты под действием низкомолекулярного электролита) везикулярных интерполиэлектролитных комплексов. Методами аналитической скоростной седиментации и динамического светорассеяния будут определены зависимости их гидродинамических характеристик (коэффициент седиментации и гидродинамический размер) от степени полимеризации линейного полиэлектролита и степеней полимеризации блоков термочувствительного линейного бис-гидрофильного диблок-сополимера. 3. Методом турбидиметрии будет исследовано влияние температуры на коллоидную устойчивость везикулярных интерполиэлектролитных комплексов, включающих в свой состав термочувствительный линейный бис-гидрофильный диблок-сополимер. Методом динамического светорассеяния будут получены температурные зависимости их гидродинамических размеров. 4. Методом флуоресцентной спектроскопии (и возможно аналитической скоростной седиментации) будет исследована инкапсуляция модельного соединения (флуоресцентного красителя) в водосодержащие полости везикулярных интерполиэлектролитных комплексов.

Научный коллектив обладает обширным опытом изучения образования, строения и свойств комплексных макромолекулярных структур на основе полиэлектролитных объектов нелинейной архитектуры (полиэлектролитных «звезд» и «щеток», звездообразных мицелл ионогенных амфифильных диблок-сополимеров, а также ионогенных микрогелей) как в растворах, так и на поверхностях. Участники научного коллектива имеют значительный опыт применения разнообразных физико-химических методов для изучения многокомпонентных полимерных систем и активно используют разработанную на кафедре высокомолекулярных соединений Химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова методологию исследования образования, строения и свойств интерполиэлектролитных комплексов в растворах. К числу таких методов относятся аналитическая скоростная седиментация, динамическое и статическое светорассеяние, лазерный микроэлектрофорез, анализ треков наночастиц, потенциометрия и турбидиметрия, УФ- и флуоресцентная спектроскопия. Кроме того, они обладают достаточным опытом в области электронной микроскопии (просвечивающая, в том числе и в криогенном варианте, и сканирующая), которую в настоящее время широко применяют для визуализации получаемых в растворах комплексных макромолекулярных структур.

Исследовано образование стимулчувствительных наноразмерных интерполиэлектролитных полимерсом и изучены их свойства в водно-солевых средах. Подобные комплексные макромолекулярных структуры получали простым смешением водно-солевых растворов звездообразного гетеролучевого бис-гидрофильного сополимера, содержащего несколько катионных лучей исчерпывающе алкилированного полидиметиламиноэтилметакрилата и 1 полиэтиленоксидный луч, и линейной полиакриловой кислоты. О везикулярном строении комплексных макромолекулярных структур свидетельствуют результаты их визуализации методом просвечивающей электронной микроскопии. Установлено, что для образования устойчивых на коллоидном уровне в достаточно широком диапазоне изменения ионной силы и рН интерполиэлектролитных полимерсом «оптимальное» среднее количество катионных лучей звездообразного катионного сополимера должно составлять 2 – 3 (в расчете на 1 полиэтиленоксидный луч), при большем количестве катионных лучей наблюдается ярко выраженная агрегация (и частично слияние везикул). При использовании в качестве одного из полимерных компонентов слабого полиэлектролита (полиакриловая кислота), полученные комплексные макромолекулярные структуры везикулярного типа чувствительны к изменению ионной силы и рН окружающей водной среды, разрушаясь при высоких концентрациях низкомолекулярной соли или в относительно кислых средах. Обнаружено, что стабильность интерполимерных полимерсом к диссоциации на составляющие их полимерные компоненты при изменении ионной силы или/и рН окружающей среды зависит от степени полимеризации полиакриловой кислоты. Продемонстрирована возможность инкапсуляции ферментов полученными комплексными макромолекулярными структурами везикулярного типа, что открывает перспективы для их практического применения в качестве наноконтейнеров для доставки и последующего контролируемого выделения биологически значимых соединений. Установлено, что термочувствительность интерполиэлектролитным полимерсомам можно придавать, вовлекая во взаимодействие со звездообразным катионным сополимером вместо линейной полиакриловой кислоты термочувствительный линейный диблок-сополимер, содержащий блок полиакриловой кислоты и поли-N-изопропилакриламидный блокж при повышении температуры выше 35С в такой системе происходит необратимое фазовое разделение. Полученные стимулчувствительные везикулярные интерполиэлектролитные комплексы могут представлять собой значительный интерес как «умные» наноконтейнеры и нанореакторы для применения в областях, связанных с доставкой лекарственных веществ, диагностикой и (био)катализом.