Polimeri Inteligentni

POLIMERI Inteligentni polimeri

Inteligentni polimeri • “Smart” ali “stymulus responsive” polymers. Tudi: “chemo-mechanical polymers”. • So polimeri, ki se intenzivno odzovejo na majhne spremembe v okolju. – t.i. “ne-linearni odziv”

• So sintezni polimeri, katerih lastnosti so ponavadi načrtovane na osnovi vzorov iz naravnih polimerov. • So sestavni del intiligentnih oz. od dražljaja odvisnih dostavnih sistemov (DDS).

DDS z inteligentnimi polimeri Ločimo: • Od zunaj kontrolirani • Samostojno delujoči sistemi sistemi - npr.: sistemi, ki odgovarjajo pulzirajoči sistemi – magnetni nadzor na spremembe – nadzor z ultrazvokom – električni nadzor – nadzor s svetlobo – ...

– – – – – –

nadzor s temperaturo nadzor s pH nadzor z vnetjem nadzor z glukozo encimske reakcije kompetitivna vezava...

Nadzor z ultrazvokom • Matriks oblike (tudi biorazgradljive) hitreje sproščajo pri obsevanju z UZ (20kHz) – nizko- in visoko-molekularne učinkovine – Iz nabrekle oblike (vsebuje žepke raztopljene učinkovine) se sproščanje pospeši 30-500× – Iz nenabrekle oblike se pospeši 2-3×

• Tudi peptidnih in proteinskih učinkovin UZ ne poškoduje. • Zelo uporabno za sproščanje “na zahtevo”. • Testi z insulinom na podganah...

Nadzor z magnetnim poljem • V matriks se poleg učinkovine, vgradi še magnetne kroglice. • Oscilacija magnetnega polja močno pospeši izločanje. • Poskusi na diabetičnih podganah: – sproščanje insulina na zunanji dražljaj – dva meseca so lahko ponovljivo učinkovito zniževali koncentracijo glukoze po potrebi.

• Od uporabljene frekvence (5-11Hz) je hitrost sproščanja linearno odvisna.

Električno-stimulirani sistemi • Električno polje povzroči sproščanje – iz biorazgradljivih polimerov, – iz sistemov z membrano ali hidrogelom, ki upočasnjujejo sproščanje ali – direktno sproščanje topljenca - učinkovine.

• “mikročipi” z majhnimi (nanotehnologija) rezervarji učinkovine, ki jih z električnim poljem lahko nadzorovano odpirajo. • Ideje tudi o nabreklem gelu, ki bi se mehansko odzval na električno polje

Svetlobno-stimulirani sistemi • Nekateri geli reverzibilno spremenijo fizikalne ali kemijske lastnosti po obsevanju s svetlobo. – Natančna regulacija z jakostjo in polarizacijo laserske svetlobe. – Ideje o sistemih za sproščanje učinkovine znotraj očesa.

• Uporabna je tudi lastnost polimerov, da se razgradijo po obsevanju. • Nekateri polimeri spremenijo obliko po obsevaju s svetlobo.

Od temperature odvisni sistemi • Osnova odvisnosti od temperature so interakcije polimera z vodo. • Od temperature odvisni polimeri se skrčijo, ko temperatura naraste preko t.i. spodnje kritične temperature raztopine - reverzibilen proces. – V/na take polimere se lahko vgradi učinkovine, protitelesa, encime, gene...

• Tudi od temperature odvisni umetni proteini pridobljeni z rekombin. DNA metodami.

Od pH odvisni sistemi • Reverzibilno nabrekanje nekaterih polimerov glede na pH okolja • Od pH odvisna razgradnja biorazgradljivega polimera. • Kompleksen “penta-blok ko-polimer” PDEAEM spreminja hidrofilnost v petih stopnjah

Interakcije s protitelesi - Primer • Sistem za “zdravljenje” morfinske odvisnosti na osnovi protiteles – Učinkovina naltrekson v jedru DDS. – Na ovojnico je ireverzibilno vezan morfin, nanj pa morfinska protitelesa, ki zapirajo izhod naltreksona iz jedra. – Ob prisotnosti prostega morfina, se protitelesa odstranijo iz ovojnice in sprostijo antagonist morfina.

• Več različnih sistemov z naltreksonom!

Encimsko nadzorovani sistemi • Encim lahko spremeni lokalni pH ob prisotnosti substrata – npr.: ureaza razgradi ureo na amonijev hidrogenkarbonat in natrijev hidroksid – Potrebna je kombinacija z od pH odvisnim sistemom - npr. razgradljiv polimerni gel.

Od vnetja odvisni sistemi • Biorazgradljivi polimerni geli občutljivi na povečano prisotnost radikalov v območju vnetja. • Polimeri, ki jih razgradijo specifični encimi prisotni ob vnetnih reakcijah. • Raziskave predvsem za zdravljenje osteoartritisa.

Od glukoze odvisni sistemi • Gre za kombinacije prej opisanih sistemov. • Kompetitivna vezava: – glikoziliran insulin (fiziološko aktiven) je vezan na nosilec (Concavalin A) iz katerega ga izpodrine glukoza. – Potrebno je enkapsuliranje sistema v membrano z ustrezno permeabilnostjo za glukozo in insulin. – Concovalin A v hidrogelih ali membranah z vezano alil-glukozo lahko spremeni sol-gel stanje matriksa glede na prisotnost glukoze.

Od glukoze odvisni sistemi • Sistemi osnovani na spremembi pH zaradi aktivnosti glukoza oksidaze: • Trije osnovni principi – Od pH odvisna topnost, – od pH odvisna razgradnja in – od pH odvisno nabrekanje.

Od glukoze odvisni sistemi - primer • Sistem za dostavo insulina iz poliortoestra (biorazgr. polimer) na osnovi encimov: – Poliortoester se razgradi s kislo hidrolizo. – Dodatek encima glukoza oksidaza v DDS povzroči padec pH ob visokem nivoju glukoze. – Ob povečani hidrolizi polimera se poveča tudi sproščanje insulina. – Negativna povratna zveza.

Od glukoze odvisni sistemi - primer • Sistem za dostavo insulina a) Poliakrilna kislina z imobilizirano glukoza oksidazo zapira pore v polikarbonatni membrani. b) Ob prisotnosti glukoze se zniža pH, verige poliakrilne kisline se skrčijo in odprejo pore skozi katere se sprosti insulin.

Pomembno Ob vsej kompleksnosti sistema mora ta še vedno: • biti “bio-kompatibilen”, • zagotavljati ustrezno biološko uporabnost, • omogočati dolgoročno stabilnost učinkovine • ohranjati kinetične lastnosti dostavljanja učikovine celo obdobje uporabe.