Введение к работе
Актуальность проблемы.
Термочувствительные полимеры были открыты в начале 60-х годов прошлого века. Их отличает наличие нижней критической температуры растворения (НКТР). Для концентрированных и полуразбавленных растворов полимеров это проявляется в выпадении полимера в осадок при повышении температуры. В разбавленных растворах при повышении температуры наблюдается переход клубок-глобула на уровне отдельных полимерных цепей. В полимерных сетках НКТР проявляется как переход из набухшего в коллапсированное состояние сетки. Наліпне НКТР наблюдается для сравнительно небольшого количества известных полимеров и, почти исключительно, в водных растворах.
В 1990-х годах интерес к данному классу полимеров значительно возрос. В основном это было связано с пониманием, что данные полимеры могут служить как модели для известных биофизических систем или как технологическая платформа для биофизических и биомедицинских приложении. Наиболее популярный полимер данного класса - поли-(М-изопропилакриламид) (ПНИПАА). Он обладает температурой перехода около 32С, которая близка к физиологической. Кроме того, температура перехода может быть изменена в любых пределах путём сополимеризации мономера изопропилакриламида с другими мономерами. Для сополимеров включающих в себя мономеры с ионизируемыми группами температура перехода становится чувствительной к значительно большему количеству внешних стимулов, таких как рН, ионная сила, специфические катионы и анионы. Последующая пришивка к полимеру или гелю ферментов катализирующих реакции с выделением или поглощением протона позволяет расширить количество веществ, влияющих на температуру перехода.
Среди многочисленных исследований термочувствительных полимеров как модельных биофизических систем и для биомедицинских приложений в данной работе обсуждаются три основных направления.
Одно из них - исследование перехода клубок-глобула в разбавленных полимерных растворах как модель конформационных переходов в белках.
л ? ) -"
Существует определённая аналогия между переходом клубок-глобула в ПНИПАА и холодовой денатурацией в белках. В обоих случаях при повышении температуры происходит переход молекулы в компактное состояние. Преимущества исследования модельной системы в данном случае заключается в том, что удается исследовать общие закономерности сворачивания клубка ь компактную структуру и сравнивать их с теоретическими моделями, которые пока достаточно примитивны для применения к реальным белкам.
Два других направления имеют прикладное биомедицинское значение. Конформациокные переходы в термочувствительных полимерах могут быть использованы для контролируемой локальной доставки лекарств, основанной на том, что в полимерных микрочастицах и пленках вблизи температуры перехода диффузия инкорпорированного вещества сильно зависит от параметров среды, например, температуры. Кроме того, термочувствительные полимеры могут использоваться как активные биосовместимые поверхности при изготовлении культуральпых сред и при изготовлешга различных имплантируемых устройств.
В связи с вышесказанным изучение биологически значимых физико-химических свойств (включая поверхностные) термочувствительных полимеров является важным фундаментальным направлением биофизики.
Цели и задачи работы.
Цель - изучение конформационных переходов в термочувствительных полимерах как модельных системах для фундаментальных исследований в биофизике и для различных биомедицинских приложений. В соответствии с этой целью были поставлены следующие задачи:
1. Провести исследование конформационных переходов
термочувствительных полимеров в растворах и их применимость как моделей
конформационных переходов в биополимерах.
2. Исследовать конформационные переходы термочувствительных
полимеров, пришитых к поверхности, и обосновать возможность их применения
для контролируемой доставки лекарств.
3. Определить поверхностные свойства термочувствительных полимеров, имеющие отношение к их биосовместимости.
Научная новизна.
Впервые прояснены особенности механизма перехода клубок-глобула в разбавленных растворах поли-(М-изопропилакриламида), приводящие к образованию «мезоглобул». Впервые разработан и синтезирован полимер случайно-блочной структуры, который способен переходить из клубка в глобулу без агрегации. Разработан и синтезирован новый класс фото-сшиваемых термочувствительных полимеров, которые могут быть нанесены на поверхность различных имплантируемых устройств и нагружены физиологически активными веществами. Исследована контролируемая доставка лекарств из данных полимеров. Впервые определены поверхностные энергии в серии термочувствительных полимеров разного состава. Впервые объяснены аномалии, возникающие при измерении краевых углов воды на поверхности термочувствительного полимера.
Практическая ценность.
Результаты работы могут, применяться для разработки новых биомедицинских устройств на основе термочувствительных полимеров. В частности, полимеры, исследованные в настоящей работе, находят применение в разработке субстратов для безферментативного снятия тканевых культур с поверхности. Исследованные свойства этих полимеров могут быть использованы для оптимизации этих субстратов. Фотосшиваемые полимеры могут применяться для доставки лекарственных средств с поверхности имплантируемых биомедицинских устройств. Способность полимеров, исследованных в данной работе, испытывать переход клубок глобула без агрегации может применяться для экспериментальной проверки теорий сворачивания белков.
Структура работы.
Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания методов исследования, изложения полученных результатов, выводов и списка цитируемой
литературы. Работа содержит 27 рисунков и 4 таблицы. Объём диссертации - 103 страницы.
Апробация.
По теме диссертации опубликовано 11 статей в рецензируемых журналах.
