Interaction of hydrogels with biologically relevant species in aqueous phase  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
75182
Type K
Principal investigator Nagyné László, Krisztina
Title in Hungarian Hidrogélek kölcsönhatása biológiai szempontból jelentős vegyületekkel
Title in English Interaction of hydrogels with biologically relevant species in aqueous phase
Keywords in Hungarian reszponzív lágy anyag, molekuláris kölcsönhatás, mobilitás, porusszerkezet
Keywords in English responsive soft matter, molecular interaction, molecular mobility, porous architecture
Discipline
Physical Chemistry and Theoretical Chemistry (Council of Physical Sciences)80 %
Ortelius classification: Physical chemistry
Material Science and Technology (engineering and metallurgy) (Council of Physical Sciences)20 %
Ortelius classification: Nanotechnology (Materials technology)
Panel Chemistry 1
Department or equivalent Department of Physical Chemistry and Materials Science (Budapest University of Technology and Economics)
Participants Domján, Attila
Hegyesi, Nóra
Starting date 2008-10-01
Closing date 2013-04-30
Funding (in million HUF) 18.457
FTE (full time equivalent) 3.00
state closed project
Summary in Hungarian
A szabályozott hatóanyagleadásra is elterjedten használt polimer – célmolekula rendszerekben az anyagfelvételt és -leadást irányító kölcsönhatásokat igen gyakran nem ismerjük pontosan. A lehetséges térbeli gátlás mellett igen nagy szerepe lehet azoknak az összetett termodinamikai kölcsönhatásoknak, melyek a három- (polimer, kismolekula, oldószer), vagy még gyakrabban többkomponensű (pl. további molekulákat ill. sókat tartalmazó) rendszerekben fellépnek. A program keretében tipikus biológiai molekulák termodinamikai kölcsönhatásait és mobilitását kívánjuk tanulmányozni modell hidrogéleken. A meghatározó tényezők feltérképezésére szokatlanul sokfajta módszert alkalmazunk (mikrokalorimetria, NMR, szórási módszerek). Különböző kémiai tulajdonságú és felépítésű gélek vizsgálatát tervezzük. Alapkutatási és alkalmazástechnikai szempontból egyaránt fontos a többkomponensű rendszerek viselkedése, melyet igen kevesen vizsgáltak. Különösen igaz ez polimer géleket tartalmazó rendszerekre. Eredményeink hozzájárulhatnak a jelenleg alkalmazott orvosbiológiai eljárások jobb megértéséhez és optimálásához. Eredményeinket hazai és nemzetközi tudományos fórumokon (konferenciák és elismert nemzetközi folyóiratok) kívánjuk ismertetni. A munkába több diák bevonását tervezzük. A programban PhD dolgozat megírására is biztosítunk lehetőséget.
Summary
In biomedical devices for controlled drug release, or analogous applications involving combinations of polymers with target molecules, the interactions governing uptake and release are poorly understood. The reasons have only partly to do with steric constraints, but also to a great extent with the complex thermodynamic interactions that prevail in ternary (polymer, guest molecule, solvent), and more frequently, higher order systems (including, e.g., salts and other molecules). This project is designed to study both the thermodynamic interactions and the mobility of typical biological molecules inside polymer hydrogels that simulate, or are likely to be, vectors for such applications. To determine the dominant factors in these processes, an unusually wide range of experimental techniques will be employed (microcalorimetry, NMR, several different scattering methods). Moreover, a range of hydrogels with different physical architecture, chemical structure, and functionalizing groups will be studied. The investigation is of both fundamental and practical importance, since multicomponent systems are not well understood, notably in polymer gels, and also since the findings are expected to lead to optimisation, or at least improvement on, existing procedures. Deliverables will be in the form of annual reports, conference communications and articles in international scientific journals. It is planned to involve undergraduate students into the project and train a PhD student.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Az orvosbiológiai és elválasztástechnikai célokra is elterjedten használt reszponzív polimer alapú rendszerekben az anyagfelvételt és -leadást irányító kölcsönhatásokat még mindig nem ismerjük pontosan. Térhálós poli-N-izopropil-akrilamid (PNIPA) hidrogélek fázisátalakulási tulajdonságait különböző biológiailag releváns ionok, aromás molekulák, aminosavak és protein jelenlétében vizsgálva megállapítottuk, hogy hatásuk nemcsak az oldószer ’jóságának’ módosítására vezethető vissza, hanem anyagi minőségüktől függően speciális kölcsönhatás(oka)t alakíthatnak ki a PNIPA oldalláncával. A kölcsönhatásokat befolyásoló tényezők feltérképezésére komplex megközelítést alkalmaztunk (mikrokalorimetria, NMR, szórási módszerek, duzzadási vizsgálatok, mechanikai tulajdonságok, porozitás, stb.). Az irodalomban elsőként publikáltuk a kölcsönható egységek lehetséges konformációit és az atomi távolságokat. Hidrofób módosításokkal kísérletet tettünk a PNIPA gél több tulajdonságának (mechanikai, szorpciós) javítására. A hőmérsékletérzékeny NIPA származékok mellett pH- és redox-érzékeny poli(aszparaginsav) (PASP) géleket is vizsgáltunk. Kettős reszponzív tulajdonságuk, magas víztartalmuk és mechanikai stabilitásuk orvosbiológiai alkalmazásokban előnyös lehet. Kriogén körülmények között NIPA és PASP alapú szupermikropórusos géleket állítottunk elő. Ezek gyors kinetikájuknak köszönhetően igen ígéretesek a célzott és programozott hatóanyagleadásban.
Results in English
The majority of thermosensitive gels used in biotechnological applications are either homopolymers or co-polymers of N-isopropylacrylamide (NIPA). These applications are based on the ability of PNIPA hydrogels to adsorb, retain and separate different target molecules. The still poorly understood nature of the interactions with small molecules is a vital indicator in understanding a wide variety of systems of biomedical interest. Our observations based on high-resolution DSC, SANS and solid-state NMR converge to show that small aromatic molecules (SAMs) interact with PNIPA hydrogels not only by altering the average solvent quality of the diluent, but also by specific association with the side-chain groups in the NIPA subunits. The effect is strongly influenced by the substituent(s) of the aromatic ring. The most probable conformations and the interactions on atomic level were specified the first time. The potential improvement of the sorption and mechanic properties of PNIPA by hydrophobic modifications was studied. pH and redox responsive poli(aspartic acid) (PASP) gels were also investigated. Their stimuli sensitive properties along with their high water content and good mechanical stability make disulfide cross-linked PASP hydrogels good candidates for human biological applications. NIPA and PASP based supermacroporous polymers were synthesized also in cryogenic conditions. Due to the fast kinetics they are promising vectors for targeted and time controlled drug delivery.
Decision
Yes





 

List of publications

  
Krisztina László, Armel Guillermo, Andrei Fluerasu, Abdellatif Moussaïd, Erik Geissler: Microphase structure of poly(N-isopropyl acrylamide) hydrogels as seen by small and wide angle X-ray scattering and pulsed field gradient NMR, Langmuir, 2010, 26(6) 4415-4420, 2010
Attila Domján, Erik Geissler, Krisztina László:: Phenol-Polymer Proximity in a Thermoresponsive Gel Determined by Solid-State 1H-1H CRAMPS NMR Spectroscopy, Soft Matter, 2010, 6, 247–249, 2010
Krisztina László, Andrei Fluerasu, Abdellatif Moussaïd, Erik Geissler: Deswelling kinetics of PNIPA gels, Soft Matter 6(18), 4335-4338, 2010
Krisztina László, Andrei Fluerasu, Abdellatif Moussaïd, Erik Geissler: Kinetics of jammed systems: PNIPA gels, Macromolecular Symposia, 306-307 (1) pp 27–32, 2011
Krisztina László, Enikő Manek, Szilvia Vavra, Erik Geissler, Attila Domján: Host-Guest Interactions in Poly(N-isopropylacrylamide) Hydrogels, Chemistry Letters 41(10) Special Issue: SI 1055-1056, 2012
Avashenee Chetty, János Kovács, Zsolt Sulyok, Ágnes Mészáros, Jenő Fekete, Attila Domján, András Szilágyi, Viktória Vargha: A versatile characterization of poly(N-isopropylacrylamideco- N,N-methylene-bis-acrylamide) hydrogels for composition, mechanical strength, and rheology, eXPRESS Polymer Letters, 7 (1), pp 95-105, 2013
Benjámin Gyarmati, Balázs Vajna, Árpád Némethy, Krisztina László, András Szilágyi: Redox- and pH-responsive cysteamine-modified poly(aspartic acid) showing reversible sol-gel transition, Macromolecular Bioscience, 13(5) pp. 633-40, 2013
Attila Domján, Enikő Manek, Erik Geissler, Krisztina László: Host-guest Interactions in Poly(N-isopropylacrylamide) Hydrogel Seen by One- and Two-dimensional 1H CRAMPS Solid State NMR Spectroscopy, Macromolecules, 2013, 46 (8), pp 3118–3124, 2013
Gergely Kali, Szilvia Vavra, Krisztina László, Béla Iván: Thermally Responsive Amphiphilic Conetworks and Gels Based on Poly(N-isopropylacrylamide) and Polyisobutylene, Macromolecules, benyújtva, 2013
Wilk Erzsébet: Az oldatkörnyezet hatása poli(N-izopropilakrilamid) hidrogélek szorpciós tulajdonságaira, Diplomamunka, BME, 2009
Erik Geissler, Krisztina László:: Scattering techniques for the determination of the structure of hydrogels and porous systems., Porous hydrogels for biomedical applications from Cytapheresis to tissue engineering. 29 September - 2 October 2009, Antalya, Turkey, 2009
Hartung Tamás: Poli(N-izopropilakrilamid) gél kölcsönhatása biológiailag aktív molekulákkal, Szakdolgozat, BME, 2010
Takács Petra: Poli-(N-izopropil-akrilamid) kriogélek duzzadási és szorpciós tulajdonságai, Diplomamunka, BME, 2012
Szilvia Vavra, Enikő Manek, Attila Domján, Erik Geissler, Krisztina László: Influence of Tyrosine Derivatives on the Phase Transition of Poly(N-isopropylacrylamide) hydrogels, Advanced Macromolecular Systems Across the Length Scales (AMSALS), Siófok, 2012.06.03-06, 2012
Szilvia Vavra, Enikő Manek, Krisztina László: Comparison of poly(N-isopropylacrylamide) hydrogels and cryogels, Innovative systems for sustainable development. 10th Conference on Colloid Chemistry, Budapest, 2012.08.27-29, 2012
Enikő Manek, Szilvia Vavra,Genovéva Filipcsei, Etelka Tombácz , Krisztina László: Acid/base behaviour of monolithic PNIPA hydrogels, Innovative systems for sustainable development. 10th Conference on Colloid Chemistry, Budapest, 2012.08.27-29, 2012
Enikő Manek, Krisztina László: Influence of pH and ionic strength on the phase transition of monolithic PNIPA hydrogels, 12th Annual UNESCO/IUPAC Workshop and Conference on Macromolecules & Materials, Stellenbosch, 2013.03.25-28, 2013




 

Events of the project

  
2013-03-04 17:25:26
Résztvevők változása



Back »