Tato diplomová práce se věnuje studiu biokonjugační reakce kyseliny hyaluronové a termoresponzivního poly(N-isopropylakrylamidu) s následnou regioselektivní oxidací vzniklých termoresponzivních konjugátů. Byl zde zkoumán vliv různých reakčních parametrů na vlastnosti připravených termoresponzivních konjugátů
2,3-dikarboxy hyaluronanu, u kterých byla pozorována dolní kritická teplota přechodu sol-gel okolo 32 °C. Dále byla sledována velikost a stabilita částic při 37 °C. Konjugáty vykazující nejmenší velikost a nejvyšší stabilitu byly využity pro navázání protirakovinového léčiva - dusičnanu cis-diammin-dichloro-phenanthridinplatnatého, přičemž byl opět sledován vliv různých parametrů této reakce na velikost vzniklých produktů a bylo studováno uvolňování léčiva ve fosfátem pufrované soli o pH = 7,4.
Annotation in English
This diploma thesis focuses on bioconjugation of hyaluronic acid and thermoresponsive poly(N-isopropylacrylamide) followed by regioselective oxidation of created thermoresponsive conjugates. An effect of different reaction parameters on the properties of prepared thermoresponsive conjugates of 2,3-dicarboxy hyaluronate was examined and lower critical solution temperature of the final products was established approximately at 32 °C. Size and stability of these conjugates at 37 °C had been determined. The conjugates with the lowest size and the highest stability were loaded by the anticancer drug cis-diamminechlorido(phenanthridine)platinum(II) nitrate and the effect of different reaction parameters of the loading reaction on the size of the final products was examined together with the release of the drug in phosphate-buffered saline at pH = 7.4.
Tato diplomová práce se věnuje studiu biokonjugační reakce kyseliny hyaluronové a termoresponzivního poly(N-isopropylakrylamidu) s následnou regioselektivní oxidací vzniklých termoresponzivních konjugátů. Byl zde zkoumán vliv různých reakčních parametrů na vlastnosti připravených termoresponzivních konjugátů
2,3-dikarboxy hyaluronanu, u kterých byla pozorována dolní kritická teplota přechodu sol-gel okolo 32 °C. Dále byla sledována velikost a stabilita částic při 37 °C. Konjugáty vykazující nejmenší velikost a nejvyšší stabilitu byly využity pro navázání protirakovinového léčiva - dusičnanu cis-diammin-dichloro-phenanthridinplatnatého, přičemž byl opět sledován vliv různých parametrů této reakce na velikost vzniklých produktů a bylo studováno uvolňování léčiva ve fosfátem pufrované soli o pH = 7,4.
Annotation in English
This diploma thesis focuses on bioconjugation of hyaluronic acid and thermoresponsive poly(N-isopropylacrylamide) followed by regioselective oxidation of created thermoresponsive conjugates. An effect of different reaction parameters on the properties of prepared thermoresponsive conjugates of 2,3-dicarboxy hyaluronate was examined and lower critical solution temperature of the final products was established approximately at 32 °C. Size and stability of these conjugates at 37 °C had been determined. The conjugates with the lowest size and the highest stability were loaded by the anticancer drug cis-diamminechlorido(phenanthridine)platinum(II) nitrate and the effect of different reaction parameters of the loading reaction on the size of the final products was examined together with the release of the drug in phosphate-buffered saline at pH = 7.4.
Kyselina hyaluronová a její deriváty jsou jedněmi z nejpoužívanějších biopolymerů současnosti obzvláště v oblasti biomedicínských aplikací, mezi něž patří také přenos protinádorových léčiv. Základní nevýhodou k. hyaluronové v této oblasti je relativně nízká hustota vhodných funkčních (karboxylových) skupin, které jsou navíc často hlavním cílem různých modifikací. To ovšem značně snižuje maximální možné množství přenášeného léčiva. Jedním z možných řešení je selektivní oxidace glukuronových jednotek k. hyaluronové za vzniku 2,3-dikarboxyhyaluronanu. Ten lze dále modifikovat, například pomocí poly(N-isopropylakrylamidu), termoresponzivního polymeru s dolní kritickou teplotou přechodu roztoku v gel okolo 32 °C, což umožní přípravu termoresponzivních materiálů.
Náplní diplomové práce bude kromě zpracování literární rešerše na zadané téma hlavně příprava termoresponzivních nanogelů a mikrogelů ze selektivně oxidované kyseliny hyaluronové modifikované pomocí poly(N-isopropylakrylamidu). Cílem je připravit a charakterizovat systém, který umožní snadnou konjugaci protinádorového léčiva za laboratorní teploty a zároveň bude při tělesné teplotě tvořit mikro či nanogely vhodné pro transport léčiv k nádorům. K. hyaluronová bude modifikována pomocí tzv. biokonjugačních reakcí, oxidována na 2,3-dikarboxyhyaluronan a ten bude charakterizován dostupnými fyzikálně-chemickými metodami (infračervená spektroskopie, viskozimetrie, DLS). Hlavní důraz bude kladen na určení dolní kritické teploty přechodu sol-gel a studium vlastností částic pod a nad touto teplotou (hydrodynamický průměr, zeta potenciál). Na nejvhodnější vzorky bude navázáno vybrané protinádorové léčivo a bude zkoumán jeho vliv na vlastnosti částic a také rychlost jeho uvolňování.
Research Plan
Kyselina hyaluronová a její deriváty jsou jedněmi z nejpoužívanějších biopolymerů současnosti obzvláště v oblasti biomedicínských aplikací, mezi něž patří také přenos protinádorových léčiv. Základní nevýhodou k. hyaluronové v této oblasti je relativně nízká hustota vhodných funkčních (karboxylových) skupin, které jsou navíc často hlavním cílem různých modifikací. To ovšem značně snižuje maximální možné množství přenášeného léčiva. Jedním z možných řešení je selektivní oxidace glukuronových jednotek k. hyaluronové za vzniku 2,3-dikarboxyhyaluronanu. Ten lze dále modifikovat, například pomocí poly(N-isopropylakrylamidu), termoresponzivního polymeru s dolní kritickou teplotou přechodu roztoku v gel okolo 32 °C, což umožní přípravu termoresponzivních materiálů.
Náplní diplomové práce bude kromě zpracování literární rešerše na zadané téma hlavně příprava termoresponzivních nanogelů a mikrogelů ze selektivně oxidované kyseliny hyaluronové modifikované pomocí poly(N-isopropylakrylamidu). Cílem je připravit a charakterizovat systém, který umožní snadnou konjugaci protinádorového léčiva za laboratorní teploty a zároveň bude při tělesné teplotě tvořit mikro či nanogely vhodné pro transport léčiv k nádorům. K. hyaluronová bude modifikována pomocí tzv. biokonjugačních reakcí, oxidována na 2,3-dikarboxyhyaluronan a ten bude charakterizován dostupnými fyzikálně-chemickými metodami (infračervená spektroskopie, viskozimetrie, DLS). Hlavní důraz bude kladen na určení dolní kritické teploty přechodu sol-gel a studium vlastností částic pod a nad touto teplotou (hydrodynamický průměr, zeta potenciál). Na nejvhodnější vzorky bude navázáno vybrané protinádorové léčivo a bude zkoumán jeho vliv na vlastnosti částic a také rychlost jeho uvolňování.
Recommended resources
Chen, J.-P., Y.-L. Leu, C.-L. Fang, C.-H. Chen a J.-Y. Fang. Thermosensitive Hydrogels Composed of Hyaluronic Acid and Gelatin as Carriers for the Intravesical Administration of Cisplatin. Journal of Pharmaceutical Sciences. 2011, 100(2), 655–666. ISSN 0022-3549. Doi:10.1002/jps.22309.
D’Este, M., D. Eglin a M. Alini. A systematic analysis of DMTMM vs EDC/NHS for ligation of amines to Hyaluronan in water. Carbohydrate Polymers. 2014, 108, 239–246. ISSN 01448617. Doi:10.1016/j.carbpol.2014.02.070.
Wilhelm, S., A. J. Tavares, Q. Dai, S. Ohta, J. Audet, H. F. Dvorak a W. C. W. Chan. Analysis of nanoparticle delivery to tumours. Nature Reviews Materials. 2016, 1(5), 1–12. ISSN 2058-8437. Doi:10.1038/natrevmats.2016.14.
Münster, L., M. Fojtů, Z. Capáková, M. Muchová, L. Musilová, T. Vaculovič, J. Balvan, I. Kuřitka, M. Masařík a J. Vícha. Oxidized polysaccharides for anticancer-drug delivery: What is the role of structure? Carbohydrate Polymers. 2021, 257, 117562. ISSN 0144-8617. Doi:10.1016/j.carbpol.2020.117562.
Recommended resources
Chen, J.-P., Y.-L. Leu, C.-L. Fang, C.-H. Chen a J.-Y. Fang. Thermosensitive Hydrogels Composed of Hyaluronic Acid and Gelatin as Carriers for the Intravesical Administration of Cisplatin. Journal of Pharmaceutical Sciences. 2011, 100(2), 655–666. ISSN 0022-3549. Doi:10.1002/jps.22309.
D’Este, M., D. Eglin a M. Alini. A systematic analysis of DMTMM vs EDC/NHS for ligation of amines to Hyaluronan in water. Carbohydrate Polymers. 2014, 108, 239–246. ISSN 01448617. Doi:10.1016/j.carbpol.2014.02.070.
Wilhelm, S., A. J. Tavares, Q. Dai, S. Ohta, J. Audet, H. F. Dvorak a W. C. W. Chan. Analysis of nanoparticle delivery to tumours. Nature Reviews Materials. 2016, 1(5), 1–12. ISSN 2058-8437. Doi:10.1038/natrevmats.2016.14.
Münster, L., M. Fojtů, Z. Capáková, M. Muchová, L. Musilová, T. Vaculovič, J. Balvan, I. Kuřitka, M. Masařík a J. Vícha. Oxidized polysaccharides for anticancer-drug delivery: What is the role of structure? Carbohydrate Polymers. 2021, 257, 117562. ISSN 0144-8617. Doi:10.1016/j.carbpol.2020.117562.
