Введение к работе
Актуальность работы. Одно из новых и бурно развивающихся направлений полимерной науки связано с получением, исследованием и применением дендрнмеров, представляющих собой индивидуальные высокоразветвлеиные упорядоченные мак-ромолекулярные соединения Сочетание структурного совершенства дендримеров и возможности их модификации лежит в основе разработки функциональных нано-размерных материалов с уникальными электронными, оптическими, магнитными и химическими свойствами, необходимыми для развития современных нанотехноло-
Способность представителей некоторых семейств дендримеров растворяться в водных и водно-солевых средах и формировать полиэлектролитные комплексы с физиологически активными вещесівами, привлекает к ним внимание биохимиков и молекулярных биологов Так, с помощью наиболее изученных водорастворимых полиамидоаминовых (ПАМАМ) и полипропилениминовых (ПЛИ) дендримеров удается значительно повысить эффективность трансфекции ДНК и олигонуклеоти-дов в ядра клеток-мишеней, а наличие коммерчески доступных препаратов некоторых дендримеров обуславливает их применение для доставки генетического материала в опытах in vitro
Несмотря на внушительное количество публикаций по дендримерам, как потенциальным носителям ДНК, некоторые ключевые аспекты их взаимодействия со структурными элементами клетки остаются невыясненными, что препятствует созданию высокоэффективных систем транспорта в клетки-мишени Поэтому, по-прежнему актуальным является фундаментальное изучение закономерностей взаимодействия дендримеров с нуклеиновыми кислотами и синтетическими полианионами Перспективными объектами для модельных исследований могут оказаться почипиридилфениленовые дендримеры (ППФД) - полностью ароматические денд-римеры с фиксированным пространственным расположением пиридильных групп, обусловленным жесткостью дендримерной молекулы При этом количество и местоположение пиридильных групп в ППФД может направленно меняться варьированием условий синтеза Местоположение групп может быть самым разнообразным - от равномерного распределения по молекуле до ярко выраженной локализации на
периферии или в центре ППФД Способность пиридильных групп алкилироваться по реакции Меншуткина делает возможным получение катионных водорастворимых ІШФД (вППФД) Изучение взаимодействия вППФД с синтетическими и природными полианионами позволяет выявить влияние плотности заряда, гидрофильно-липофильного баланса и топологии функциональных групп дендримера на эффективность комплексообразования
Цель работы заключалась в синтезе водорастворимых катионных полипиридил-фениленовых дендримеров с различным содержанием и расположением заряженных пиридиниевых звеньев, изучении их взаимодействия с полианионами и исследовании строения и свойств образующихся полиэлектролитных комплексов
В рамках работы были поставлены следующие задачи
дивергентным методом по реакции Дильса-Альдера синтезировать ППФД
с различным содержанием и расположением пиридильных звеньев в моле
кулах,
апкилированием образцов ППФД получить катионные дендримеры вППФД, способные растворяться в водных и водно-солевых средах,
исследовать закономерности комплексообразования вППФД с полиметак-
рилатным анионом и ДНК в водных и водно-солевых средах, установить
границы существования комплексов и выявить факторы, определяющие
возможность получения растворимых комплексов вППФД/полианион
Научная новизна и практическая значимость работы Впервые синтезированы жесткие полностью ароматические дендримеры, способные растворяться в воде Продемонстрирована возможность направленного изменения гидрофильно-липофильного баланса вППФД, который определяется соотношением фениленовых, пиридильных и пиридиниевых фрагментов в дендримере, а также топологии заряженных групп в его молекуле Получены и охарактеризованы четыре поколения вППФД
Методом тушения флуоресценции в двух различных вариантах изучены закономерности формирования комплексов вППФД с флуоресцентно-меченым полиметак-рилатным анионом и с ДНК Установлена важная роль межмолекулярных гидрофобных взаимодействий с участием фениленовых групп вППФД, которые стабили-
зируют комплексы в водно-солевых средах Сделан вывод о недоступности значительной доли пиридиниевых і руип вІІПФД для электростатического взаимодействия, причем нс только с жесткой двойной спиралью ДНК, но и с гибким полиметак-рилатным анионом Турбидимсгричсским титрованием и седнментацнонным анализом смесей растворов вППФД с указанными полианионамн зафиксировано образование растворимых нестехиометричных комплексов (НПЭК), которое осуществляется при достаточно большом избыточном количестве заряженных групп того или другого полимерного компонента, выявлены факторы, влияющие на область существования растворимых НПЭК в водных и водно-солевых средах В смесях растворов вППФД с нолиметакрилатным анионом получены положительно заряженные растворимые НПЭК, которые не образуются при взаимодействии гибких ППИ денд-римеров с синтетическими полианионами [Kabanov V A ct al, Macromolecules, 1999] Методами динамического светорассеяния и скоростной седиментации установлено, что введение вППФД в раствор ДІЖ приводит к диспропорционированию системы на частицы двух типов, которые можно отнести к растворимому НПЭК и свободным молекулам ДНК При обратном смешении реагентов образуется положительно заряженный растворимый НПЭК, включающий в себя всю вводимую нуклеиновую кислоту
Обнаруженная склонность вППФД к формированию растворимых НПЭК в сочетании со способностью участвовать в межмолекулярных гидрофобных взаимодействиях может представлять большой практический интерес, в частности для молекулярной биологии при разработке средств доставки двойного действия, в которых дендример является одновременно носителем генетического материала и гидрофобных низкомолекутярных лекарственных веществ
Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на International Conference dedicated to 50th anniversary of A N Nesmeyanov Institute of Organoelement Compounds, RAS «Modern Trends in Organoelement and Polymer Chemistry» (Moscow, 2004), International Conference «Polycondensation 2004» (Roanoke, USA, 2004), European Polymer Congress 2005 (Moscow, Russia, 2005), 4-ой Всероссийской Каргинской конференции «Полимеры - 2007» (Москва, 2007),
Третьей Санкт-Петербургской конференции молодых ученых с международным участием «Современные проблемы науки о полимерах» (Санкт-Петербург, 2007), ШРАС 3'd International Symposium on Novel Materials and Synthesis (NMS-III) and 17* International Symposium on Fine Chemistry and Functional Polymers (FCFP-XVII) (Shanghai, China, 2007), Всероссийской конференции по макромолекулярной химии, (Улан-Удэ, 2008)
Публикации Результаты работы опубликованы в 5 статьях в реферируемых научных журналах и 8 тезисах докладов на научных конференциях
Структура работы Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, обсуждения результатов, выводов и списка цитируемой литературы Работа изложена на 180 страницах, содержит 49 рисунков, 29 схем и 3 таблицы, библиографию из 221 источника
