Self-assembled polymer systems responsive to external stimuli for biomedicine

Abstract

Stimuli-responsive self-assembled polymer nanoparticles are becoming increasingly more important tools in nanomedicine. In this thesis we studied two large sets of polymer samples designed to be capable of such self-assembly. Polymers in the first set, containing poly(2-methyl-2-oxazoline) or poly[N-(2-hydroxypropyl) methacrylamide] hydrophilic blocks and poly[N-(2,2-difluoroethyl)acrylamide] thermoresponsive block, were designed to act as 19F MRI contrast agents. Polymers in the second set were designed as drug delivery systems and were based on 2-methyl-2-oxazine for hydrophilic parts and 2-propyl-2-oxazoline for thermoresponsive or 2-butyl-2-oxazoline for hydrophobic parts. Both sets of copolymers were prepared with various ratios of monomers in their blocks and the second set was also prepared with gradient chain architecture. Properties of their self-assembled systems were studied in detail and compared with regard to their potential for biomedical applications. The primary used method of analysis was dynamic light scattering supported by a vast array of methods including static light scattering, small angle X-ray and neutron scattering, nuclear magnetic resonance and others. From the investigated copolymers the most promising candidates for biomedical applications were selected and highlighted.

Samouspořádané polymerní systémy citlivé na vnější podněty se v současnosti stávají stále důležitějšími nástroji pro nanomedicínu. V této disertační práci jsme studovali dvě rozsáhlé sady polymerů schopných takovéhoto samouspořádání do nanočástic. Polymery z první sady, obsahující hydrofilní blok z poly(2-methyl-2-oxazolin)u nebo poly[N-(2- hydroxypropyl)methakrylamid]u a termoresponzivní blok z poly[N-(2,2- difluorethyl)akrylamid]u byly navrženy, aby sloužily jako kontrastní látky pro 19F MRI. Polymery z druhé sady byly navrženy jako nosiče léčiv a byly založeny na 2-methyl-2-oxazinu použitém pro hydrofilní části řetězců a 2-propyl-2-oxazolinu pro termoresponzivní nebo 2- butyl-2-oxazolinu pro hydrofobní části. V každé ze sad byly připraveny polymery s různým poměrem použitých monomerů a v druhé sadě byla kromě blokové použita i gradientová architektura řetězců. Vlastnosti jejich samouspořádaných systémů byly vyhodnoceny a porovnány s ohledem na jejich potenciál pro biomedicínské využití. Jako hlavní metoda analýzy byl využit dynamický rozptyl světla doplněný širokou škálou dodatečných metod včetně statického rozptylu světla, maloúhlového rozptylu rentgenového záření a neutronů, nukleární magnetické rezonance a dalších. Ze všech zkoumaných polymerů byly vybrány ty s největším potenciálem pro biomedicínské...