smart gel, stimuli-responsive gel, controlled drug release, nanomedicine
Discipline
Physical Chemistry and Theoretical Chemistry (Council of Physical Sciences)
100 %
Ortelius classification: Physical chemistry
Panel
Chemistry 2
Department or equivalent
Dept. of Biophysics and Radiation Biology (Semmelweis University)
Participants
Molnár, Kristóf
Starting date
2009-05-01
Closing date
2010-12-31
Funding (in million HUF)
2.940
FTE (full time equivalent)
1.18
state
closed project
Summary in Hungarian
Polimergélek duzzadásfokának környezeti hatásokra történő érzékenysége teljesen új lehetőséget teremt a szabályozott hatóanyag leadás megvalósítására. A gyógyszerészeti, orvos-biológiai és kozmetikai alkalmazásokat azonban korlátozza, ha a hatóanyag hordozó gélt a szervezet nem képes lebontani, vagy maga a polimer ártalmas, vagy ártalmas anyagokra bomlik. Pályázatunkban célul tűzzük ki tisztán poliaminosav alapú, és így biokompatibilis gélek előállítását. A kutatómunka célja olyan proteoid gélek előállítása, amelyeknek fő- és oldalláncai kizárólag aminosav monomer egységekből állnak, és ezekhez biológiailag aktív molekulák köthetőek. (A proteoid elnevezés arra utal, hogy a gél váza a proteinekhez hasonló kémiai szerkezetű.) Mindez olyan poliaminosav bázisú hatóanyag hordozók előállítását teszi lehetővé, amelyek segítségével hatóanyagok célba juttatása és szabályozott leadása az eddigieknél jóval hatékonyabban valósítható meg. Az általunk tervezett gélek duzzadásfoka, és az ezzel kapcsolatos hatóanyag-leadó képessége ugyanis nagymértékben függ a mikro-környezet kémiai összetételétől. Ez a tulajdonság lehetővé teszi a lokális pH-val, vagy redox potenciállal indukált nyitó-záró mechanizmussal működő hatóanyag-leadó rendszerek előállítását. A nano- és mikro technológiai módszerekkel előállított géleket bioaktív hatóanyagokkal kombinálva gyógyszer-, bőrgyógyászati- és kozmetikai hatóanyagok szabályozott leadására, ill. környezetre káros anyagok szabályozott megkötésére kívánjuk alkalmassá tenni.
Summary
The application of nanotechnology offers great breakthrough in the field of pharmaceutics and medicine. The most intensively researched two fields of nanomedicine are the targeted- and controlled drug release. We intend to contribute to the development of these two fields. The alterations of swelling properties of polymer gels as a result of environmental factors offer new possibilities for the realization of the controlled drug release. The pharmaceutical, medical and cosmetic utilization of these gels are largely restricted, because the organism is not able to degrade the carrier gel, or the polymer or its metabolites are harmful. We aim to formulate poli(amino acid) based, biocompatible smart gels. The purpose of the present research work is the preparation of such proteoid gels, that contain main- and side chains consisting only of amino acid monomers. Biological active molecules can be bound to the amino acids. (The name proteoid refers to the protein-like chemical structure of the gel matrix. This makes it possible to prepare poli(amino-acid)-based drug carriers that are able to accomplish the targeted and controlled delivery of active ingredients. The rate of swelling and concomitantly the drug release of the gels is pronouncedly dependent on the chemical composition of the microenvironment. This property makes it possible to prepare drug release systems that can be induced with local pH or redox potential changes. Gels produced with nano- and microtechnological methods can be combined with active ingredients for controlled release in the field pharmaceutics, dermatology and cosmetics. Furthermore, it can be used for the controlled binding of environment damaging compounds. The profit of Hungarian-Japan cooperation on smart gels is based on the complementary expertise in the mentioned fields.
Final report
Results in Hungarian
Poliszukcinimid- és poliaszparaginsav (PASP) alapú biokompatibilis géleket állítottunk elő és tanulmányoztuk ezek gélkollapszuson alapuló nyitó-záró mechanizmusát. A hálóláncok hidrofil/hidrofób jellegét különböző polaritású molekulák főlánchoz történő ojtásával módosítottuk, így multifunkcionális polimer géleket nyertünk.. A hálóláncok szerkezetét FTIR, NMR, SAXS, GPC és WAXS technikákkal vizsgáltuk. Tanulmányoztuk különböző méretű gélgömbök duzzadási kinetikáját a kooperatív diffúziós együttható meghatározása céljából. Vizsgáltuk metoprolol hatóanyag ((RS)-1-[4-(2-methoxyethyl)phenoxy]-3-propan-2-ylamino-propan-2-ol), valamint kalcium és aluminium ionok PASP gélekből való kioldódásának, valamit a duzzadásfok időfüggésére gyakorolt hatását. A munka jelentős része koreai és japán kutatási együtműködés keretében történt.
Results in English
Chemically cross-linked biocompatible poly(aspartic acid) (PASP) gels were prepared by the hydrolysis of poly(succinimide) (PSI). We have modified the hydrophyl-hydrophobic character of network chains by grafting. FTIR, NMR, SAXS, GPC és WAXS techniques were used to characterize the structure of network chains as well as the degree of grafting. The PASP gels show a reversible volume phase transition as a function of pH and in the presence of calcium ions. Kinetics of hydrolysis induced swelling as well as pure swelling of PSI and PASP gels were studied. The release kinetics of metoprolol ((RS)-1-[4-(2-methoxyethyl)phenoxy]-3-propan-2-amino-propan-2-ol) drug as well as that of calcium and aluminum ions has been studied together with their influence on the swelling kinetics of spherical gels.
Zsofia Varga, Kristof Molnar, Viktoria Torma and Miklos Zrinyi: Kinetics of volume change of poly(succinimid) gels during hydrolysis and swelling., Physical Chemistry Chemical Physics közlésre elfogadva, 2010
K. Molnár, Zs. Varga, V. Torma, M.Zrínyi:: Swelling Kinetics of Polyelectrolyte Gels., Sixth International Conference on Flow Dynamics, Nov. 4-6. Sendai, Japan, Proceedings p. 358-359, 2009
V. Torma, T. Gyenes, Z. Szakacs, M. Zrínyi:: A novel potentiometric method for the determination of real crosslinking ratio of poly(aspartic acid) gels., Acta Biomaterialia. 6 (3), 1186-1190, 2010
Juriga Dávid: Poliszukcinimid és polisaszparaginsav előállítása és funkcionalizálása., BSc diplomamunka, BME-SE (2010), 2010
