amino acid, polymer gel, drug delivery, degradation, biocompatibility
Discipline
Macromolecular Chemistry and Material Sciences (organic chemistry) (Council of Physical Sciences)
100 %
Ortelius classification: Macromolecular chemistry
Panel
Chemistry 2
Department or equivalent
Department of Physical Chemistry and Materials Science (Budapest University of Technology and Economics)
Starting date
2009-01-01
Closing date
2012-06-30
Funding (in million HUF)
9.645
FTE (full time equivalent)
2.60
state
closed project
Summary in Hungarian
Az elmúlt években számos kutatói projekt fordult a biológiailag lebontható polimerek és polimer gélek előállítása és alkalmazási lehetőségeiknek keresése felé. Mind a szintetikusan előállított, mind a természetes alapú géleknek kiemelkedő a szerepe a szabályozott hatóanyag leadással kapcsolatos kutatásokban, illetve mindinkább teret nyernek a mesterséges szövetek előállítása során. Emellett is széles az alkalmazási lehetőségek spektruma, amely a kozmetikai ipartól a szennyvíztisztításig terjed. A természet már bizonyította, hogy mindössze húsz molekula, a fehérjeépítő aminosavak variációjával, milyen sokszínűek a lehetőségeink. Joggal remélhetjük azt is, hogy a szintetikusan előállított poliaminosavak és gélek szintén biokompatibilisek és természetes úton lebonthatók lesznek. Kutatócsoportunk már sikerrel állított elő aminosav alapú hosszú láncú polimereket és géleket. A javasolt kutatási projektben ezen az úton haladva tervezzük a környezetük állapotának változására nagymértékben reagáló polimer gélek előállítását. Vizsgálataink a pH, a hőmérséklet, a fény illetve, a környezet redoxpotenciáljának, összetételének változása által okozott térfogatváltozásra koncentrálnak. Tervezzük enzimatikus úton bontható, dipeptidekkel térhálósított gélek előállítását. Kutatócsoportunkban kiemelkedők a feltételek a polimer gélek termoanalitikai és mechanikai vizsgálatára is.
Summary
The importance of biodegradable polymers and hydrogel materials is being increasingly recognized, and extensive studies have been conducted on their uses in various biomedical applications. Hydrogels based on both natural and synthetic polymers have continued to be of interest for encapsulation of drugs, and most recently, such hydrogels have become especially attractive to the new field of “tissue engineering” as matrices for repairing and regenerating a wide variety of biological tissues and organs. Poly(amino acid)s with protein-like linkages are known to be biocompatible and biodegradable. The 20 amino acids in the peptide chain provide practically infinite variability of the polymers and polymer gels. Recently, we synthesized novel amino acid derived poly(amino acid) polymers and gels. In this research project, based on these fundamental result, we plan to prepare poly(amino acid) gels which swelling properties and degradation are adjustable by external stimuli, like temperature, pH, solvent and ionic composition, electric field, light intensity and an introduction to specific molecules or biologically degradable with enzymes. Additionally we will extensively study the swelling-, thermal- and mechanical properties.
Final report
Results in Hungarian
A posztdoktori OTKA projekt fő célja szabályozott és elnyújtott hatóanyag-leadó rendszerek fejlesztése volt, melyeket aminosavakból felépülő multireszponzív polimer gélekből valósítottunk meg. A poliaszparaginsav alapváz pH érzékenységét a keresztkötő vagy a másik polimer alkotó hőmérséklet-, redoxpotenciál- vagy enzim érzékenységével kapcsoltuk össze. Analitikai módszereket dolgoztunk ki, fejlesztettünk tovább, polimer gélek tulajdonságainak jellemzésére. Hatóanyag- és egyéb modellvegyületek szabályozott kioldódását számos paraméter függvényében részletesen jellemeztük. Biológiai vizsgálatok alapján a szintetizált gélek ígéretesek, jövőbeli orvosbiológiai alkalmazásuk lehetséges, elsősorban gasztrointesztinális hatóanyag-leadó rendszerként és implantátumként, vagy olyan esetekben, ahol az in situ gélesedés előnyös.
A pályázathoz közvetlenül kapcsolhatóan 3 db közleményünk jelent meg nemzetközi folyóiratban és további 3 db kézirat készül jelenleg. Hazai és nemzetközi konferenciákon 7 db előadást és 14 db posztert mutattunk be a pályázati időszak alatt.
Results in English
The main aim of OTKA postdoctoral project was developing controlled and prolonged drug delivery systems. Our particular attention has been paid to multiresponsive amino acid based polymers and hydrogels in order to achieve more specific answers to environmental triggers and to approach the complex behaviour of living systems. Intelligent polymer gels were synthesized with the combination of pH responsive poly(aspartic acid) and the temperature, redox potential or enzyme sensitive cross-linker or copolymer. Analytical methods were developed for characterization of the polymer gels. The controlled delivery of molecular payloads and drugs were studied in detail with a variation in parameters. The key issues such as material processability, stability, biodegradability, toxicity and efficient controlled release of molecular payloads were studied. The stimuli sensitive properties along with the high water content and good mechanical stability make our hydrogels good candidates for human biological applications such as drug delivery systems and implants, as well as for further applications in which in situ gelation is beneficial.
The scientific results were demonstrated in 3 pieces of papers in peer-reviewed journals. 7 pieces of oral and 14 pieces of poster presentations were published in Hungarian and international conferences.
Szilágyi A: Poliaminosav gél alapú hatóanyag-leadó rendszerek fejlesztése, Magyary Zoltán és OTKA Posztdoktori Ösztöndíjasok Találkozója, Eger, 2009
Gyarmati B; Némethy Á; Gyenes T; Pukánszky B; Szilágyi A: Modeling of equilibrium swelling behaviour of polyelectrolyte gels, 73rd Prague Meeting on Macromolecules: New Frontiers in Macromolecular Science: From Macromolecular Concepts of Living Matter to Polymers for Better Quality of Life, 2009
