Functionalized hybrid polymer structures for biomedical applications

Abstract

Tato dizertační práce se věnuje syntéze a charakterizaci nových hybridních struktur využitelných v biomedicíně. Tyto systémy jsou zde rozděleny do dvou hlavních skupin: modifikované přírodní polymery a syntetické amfifilní blokové kopolymery, přičemž obě tyto skupiny byly studovány jako potenciální theranostická činidla pro medicinální aplikace. Co se týče první skupiny, přírodní polysacharidy glykogen a manan byly vybrány jako výchozí materiály pro přípravu nových nanokonjugátů, určených pro multimodální detekci in vivo. Protože roubování polysacharidů pomocí syntetických polymerů obecně zpomaluje biodegradační procesy, oba polysacharidy byly modifikovány dvěma různými způsoby tak, aby vytvořily konečné "nanosondy", přičemž jeden způsob využíval roubování pomocí poly(2-methyl-2-oxazolinu). Připravené nanokonjugáty byly funkcionalizovány pomocí N- hydroxysukcimidového esteru, díky čemuž výsledné materiály nesly fluorescenční značku a značku pro magnetickou rezonanci. Finální materiály byly testovány in vitro a in vivo, přičemž bylo zjištěno, že jsou plně biokompatibilní a biodegradovatelné a zároveň vykazují užitečné vlastnosti pro praktické využití v biomedicíně. Glykogen byl modifikován tak, aby nesl allylové a propargylové skupiny, a poté byl lyofilizován z vodného roztoku, aby mohl vytvořit...

This doctoral thesis is dedicated to the synthesis and characterization of novel functionalized hybrid structures for biomedical purposes. Systems reported in this work can be subdivided into the two main groups: natural-based materials and synthetic amphiphilic block copolymers. Both groups were studied as perspective theranostic agents for medical applications. In the first group, natural polysaccharides glycogen and mannan were selected as starting materials for preparation of novel nanoconjugates that possess ability for multimodal detection in vivo. Because grafting of natural macromolecules with synthetic polymers generally slows down the biodegradation rate, both polysaccharides were modified in two different ways to form nanoprobes with or without poly(2-methyl-2-oxazoline)s chains. The prepared nanoconjugates were functionalized with N-hydroxysuccinimide-activated fluorescence and magnetic resonance imaging labels. The resulting materials were tested both in vitro and in vivo and were shown to be completely biocompatible, biodegradable and exhibit some extra benefits in terms of their practical usage in biomedicine. Glycogen was functionalized with allyl and propargyl groups with following freeze-drying from aqueous solutions to form nano- and microfibrous materials. The presence of both...