Multifunctional and stimuli-responsive polymersomes for biomedical applications
Biyomedikal uygulamalar için multifonksiyonel ve uyaranlara duyarlı polimerzomlar
- Tez No: 915961
- Danışmanlar: PROF. DR. BRİGİTTE VOİT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyomühendislik, Biyoteknoloji, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Bioengineering, Biotechnology, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Akıllı malzemeler, Biyomalzemeler, Farmasötik nanoteknoloji, Nanobiyoteknoloji, Polimer malzemeler, Intelligent materials, Biomaterials, Pharmaceutical nanotechnology, Nanobiotechnology, Polymer materials
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Technısche Unıversıtat Dresden
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Akıllı ve çok fonksiyonlu nanokapsüllere olan talep, çeşitli biyomedikal uygulamalardaki yüksek potansiyelleri nedeniyle son yıllarda büyük ölçüde artmaktadır. Bu tür akıllı nanokapsüllerin tasarımı ve mühendisliği, hedefli ilaç taşıma sistemlerinde kullanılabilirliğin yanı sıra, biyosensörler tasarlamak veya nanobiyoteknoloji kapsamında seçici reaksiyonlar gerçekleştiren nanoreaktörler olarak kullanılmak üzere birçok terapötik ve tanısal aracın etkinliğini artırmak için faydalıdır. Bu amaçla, bu çalışma, pH ve ışık duyarlılığı gibi özelliklerin yanı sıra birçok reaktif grup içeren, akıllı nanokapsüller olarak kullanılmaya uygun çok fonksiyonlu ve uyaranlara duyarlı bir çeşit nanokapsül formu olan polimerzomların geliştirilmesine odaklanmıştır. Üretilen biyomimetik veziküler yapıya sahip polimerzomların, pH etkisiyle kanser ilacı salımı, klik kimyası gibi biyokonjugasyon metotlarının uygulanması ile fonksiyonelleştirilmesi, çeşitli fiziksel etkileşimlerin ayarlanmasıyla beta-siklodekstrin ve polietilen glikol kaplamalı yüzeylere immobilize edilmesi sağlanmış ve mekanik özellikleri incelenmiştir. Bunlara ilaveten, elde edilen yüzeye immobilize edilmiş akıllı polimerzomların yakın kızılötesi ışık duyarlılığı özelliği ile bölgesel ve seçici fotokimyasal reaksiyonlar gerçekleştirilerek potansiyel biyosensör uygulamaları araştırılmıştır. Sonuç olarak, geliştirilen çok fonksiyonlu polimerzomlar oldukça geniş bir kullanım alanına sahiptir ve bu sayede biyosensör tasarımı ve ilaç taşıma gibi çeşitli hedefli tedavi ve teşhis sistemlerinin geiliştirilmesine yönelik yeni fırsatlar sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
The demand for multifunctional nanocontainers possessing both recognition ability and responsive nature is increasing greatly because of their high potential in various biomedical applications. The engineering of such smart nanovesicles is useful to enhance the efficiency of many therapeutic and diagnostic tools that have the applicability in targeted drug delivery systems as well as designing sensing devices or conducting selective reactions as nanoreactors in the scope of nanobiotechnology. For this purpose, this study demonstrates the formation of multifunctional and stimuli-responsive polymersomes comprising various abilities including pH and light sensitivity as well as many reactive groups with sufficient accessibility to be used as smart and recognitive nanocontainers. The fabrication included several steps starting from the synthesis of azide and adamantane terminated block copolymers, which were then self-assembled to prepare the polymersomes with the corresponding functional groups for the subsequent post-conjugations at the vesicle periphery. The accessible and sufficiently reactive groups were quantitatively proven when UV and IR cleavable NVOC protected amino groups as well as β-cyclodextrin molecules were conjugated to the pre-formed polymersomes through click chemistry and strong host-guest complexations. The gained light responsivity with the aid of successful NVOC attachment enabled further selective photochemical reactions triggered either by UV or harmless NIR light leading to liberated amine groups on the polymersome surface. Therein, these released amino groups were further conjugated with a model fluorescent compound as mimicking the attachment of biorecognition elements to see the direct picture of the applicability. To realize this concept in a more localized and selective way as well as to avoid the possible side effects of UV light, the NIR-light induced photochemical reactions and further dye coupling were performed when polymersomes were immobilized onto solid substrates. This fixation was achieved by adapting the host-guest chemistry into this part and conjugating the adamantane decorated polymersomes onto β-cyclodextrin coated substrates. Several investigations including adhesion behavior, pH sensitivity and mechanical properties of the established multifunctional polymersomes under liquid phase have been performed. It has been found that the polymersome shape is highly dependent on the attractive forces of the substrate and needs to be optimized to avoid the flattening of the vesicles. For these optimization steps, different conditions were investigated including the decrease of cyclodextrin amount and additional surface passivation with PEG molecules on the solid substrates. Besides, the calculated Young's and bending modulus of the polymersome membrane (E=27±17.5 MPa, k=19±12.5 10-18 J) from AFM measurements showed a robust but still flexible“breathable”membrane which is an important criterion for the applicability of these smart and stable vesicles. In addition, the hosting ability as well as diffusion limits and sufficient membrane permeability of the polymersomes were observed by encapsulating gold nanoparticles as a smart cargo and doxorubicin molecules as an anticancer drug. In conclusion, the established multifunctional polymersomes are highly versatile and thus present new opportunities in the design of targeted and selective recognition systems which is highly interesting for various applications including development of microsystem devices, design of chemo/biosensors, and also for conducting enhanced, combined therapy in the field of drug delivery.
Benzer Tezler
- Biodegradable and functionalizable 3D-printed stimuli-responsive hydrogels
Biyolojik olarak parçalanabilen ve fonksiyonelleştirilebilir, 3D baskılı, uyaranlara duyarlı hidrojeller
ALTAN GÜMÜŞKAYA
- Stimuli-responsive polymeric biomaterials: Using dynamic chemistry in designing hydrogels and nanofibers
Uyarana duyarlı polimerik biyomalzemeler: Hidrojeller ve nanoliflerin dinamik kimya ile tasarımı
MELTEM ALKIŞ
- Çoklu-uyarana duyarlı sıvı bilyelerin hazırlanması, karakterizasyonu ve uyaranlara tepkisinin incelenmesi
Preparation, characterization, and investigation of multi-stimuli responsive liquid marbles on their responses to stimuli
CANSU GÖKTAŞ
- Synthesis and characterization of polymer nanocarriers from renewable resources for cancer therapy
Yenilenebilir kaynaklardan kanser tedavisi için polimer nanotaşıyıcıların sentezi ve karakterizasyonu
ROJIA HOUSHANG
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
İstinye ÜniversitesiMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
Yükleniyor...
- Nanogel-incorporating pH responsive composite hydrogels for controlled drug delivery
Nanojel içeren pH'a duyarlı kompozit hidrojel sisteminin kontrollü ılaç salımı için kullanımı
GÜNCE EZGİ CİNAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Koç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Yükleniyor...
