рН- та термочутливі нано(феро)гелі на основі N-ізопропілакриламіду та акрилової кислоти
Синтезовано нанорозмірні гідрогелі на основі термочутливого полі-N-ізопропілакриламіду та його співполімерів з акриловою кислотою, а також нанокомпозити на їх основі з інкорпорованим магнетитом із середнім розміром наночастинок близько 100—200 нм. Показано, що розмір синтезованих гідрогелевих матри...
Збережено в:
| Дата: | 2017 |
|---|---|
| Автори: | , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2017
|
| Назва видання: | Доповіді НАН України |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/126697 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | рН- та термочутливі нано(феро)гелі на основі N-ізопропілакриламіду та акрилової кислоти / Ю.М. Самченко, Л.О. Керносенко, С.О. Крикля, Н.О. Пасмурцева, Т.П. Полторацька, А.І. Маринін // Доповіді Національної академії наук України. — 2017. — № 6. — С. 74-81. — Бібліогр.: 14 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-126697 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1266972017-12-02T03:03:54Z рН- та термочутливі нано(феро)гелі на основі N-ізопропілакриламіду та акрилової кислоти Самченко, Ю.М. Керносенко, Л.О. Крикля, С.О. Пасмурцева, Н.О. Полторацька, Т.П. Маринін, А.І. Хімія Синтезовано нанорозмірні гідрогелі на основі термочутливого полі-N-ізопропілакриламіду та його співполімерів з акриловою кислотою, а також нанокомпозити на їх основі з інкорпорованим магнетитом із середнім розміром наночастинок близько 100—200 нм. Показано, що розмір синтезованих гідрогелевих матриць залежить від температури та величини рН, так само як і величина дзета-потенціалу наночасти нок. Так, за умов нагрівання гідрогелю до температури вище 32 °С середній діаметр наночастинок зменшується у два— три рази, а зі зменшенням величини рН нижче 5 — у три—п’ять разів, що створює передумови для керованого вивільнення інкорпорованих протипухлинних препаратів, насамперед доксорубіцину, та застосування розроблених ферогелів при лікарській гіпертермії. Інкорпорація до складу гідрогелевих матриць нанорозмірного магнетиту забезпечує можливість адресної локалізації розроблених терапевтичних систем у безпосередній близькості до органа-мішені шляхом накладання постійного малоінтенсивного магнітного поля. Синтезорованы наноразмерные гидрогели на основе термочувствительного поли-N-изопропилакриламида и его сополимеров с акриловой кислотой, а также нанокомпозитов на их основе с инкорпорированным магнетитом со средним размером наночастиц около 100—200 нм. Показано, что размер синтезированных гидрогелевых матриц зависит от температуры и величины рН, так же как и величина дзета-потенциала наночастиц. Так, при нагревании гидрогеля до температуры выше 32 °С средний диаметр наночастиц уменьшается в два—три раза, а при снижении величины рН ниже 5 — в три—пять раз, что создает предпосылки для управляемого высвобождения инкорпорованных противоопухолевых препаратов, прежде всего доксорубицина, и применения разработанных феррогелей при лекарственной гипертермии. Инкорпорирование в состав гидрогелевых матриц наноразмерного магнетита обеспечивает возможность адресной локализации разработанных терапевтических систем в непосредственной близости к органу-мишени путем наложения постоянного малоинтенсивного магнитного поля. Nanosized hydrogels based on thermosensitive poly-N-isopropylacrylamide, copolymers with acrylic acid, and their nanocomposites with incorporated magnetite nanoparticles (approximate particle size of 100-200 nm) are synthesized. It was shown that the hydrogel matrix size and the zeta potential of nanoparticles depend on the temperature and pH. The diameter of nanoparticles is reduced by 2-3 times, if the hydrogel is heated up to 32 °C, and by 3-5 times, if pH decreases below 5. This creates conditions for the controllable release of incorporated anticancer drugs (in particular, doxorubicin) and for using nanogels in therapeutic hypothermia. Incorporation of nanosized magnetite into the hydrogel matrices provides a controlled localization of therapeutic systems in close proximity to target organs by applying a low-intensity constant magnetic field. 2017 Article рН- та термочутливі нано(феро)гелі на основі N-ізопропілакриламіду та акрилової кислоти / Ю.М. Самченко, Л.О. Керносенко, С.О. Крикля, Н.О. Пасмурцева, Т.П. Полторацька, А.І. Маринін // Доповіді Національної академії наук України. — 2017. — № 6. — С. 74-81. — Бібліогр.: 14 назв. — укр. 1025-6415 DOI: doi.org/10.15407/dopovidi2017.06.074 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/126697 644.773.432 uk Доповіді НАН України Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| topic |
Хімія Хімія |
| spellingShingle |
Хімія Хімія Самченко, Ю.М. Керносенко, Л.О. Крикля, С.О. Пасмурцева, Н.О. Полторацька, Т.П. Маринін, А.І. рН- та термочутливі нано(феро)гелі на основі N-ізопропілакриламіду та акрилової кислоти Доповіді НАН України |
| description |
Синтезовано нанорозмірні гідрогелі на основі термочутливого полі-N-ізопропілакриламіду та його співполімерів з акриловою кислотою, а також нанокомпозити на їх основі з інкорпорованим магнетитом із середнім
розміром наночастинок близько 100—200 нм. Показано, що розмір синтезованих гідрогелевих матриць залежить від температури та величини рН, так само як і величина дзета-потенціалу наночасти нок. Так, за
умов нагрівання гідрогелю до температури вище 32 °С середній діаметр наночастинок зменшується у два—
три рази, а зі зменшенням величини рН нижче 5 — у три—п’ять разів, що створює передумови для керованого вивільнення інкорпорованих протипухлинних препаратів, насамперед доксорубіцину, та застосування
розроблених ферогелів при лікарській гіпертермії. Інкорпорація до складу гідрогелевих матриць нанорозмірного магнетиту забезпечує можливість адресної локалізації розроблених терапевтичних систем у безпосередній близькості до органа-мішені шляхом накладання постійного малоінтенсивного магнітного поля. |
| format |
Article |
| author |
Самченко, Ю.М. Керносенко, Л.О. Крикля, С.О. Пасмурцева, Н.О. Полторацька, Т.П. Маринін, А.І. |
| author_facet |
Самченко, Ю.М. Керносенко, Л.О. Крикля, С.О. Пасмурцева, Н.О. Полторацька, Т.П. Маринін, А.І. |
| author_sort |
Самченко, Ю.М. |
| title |
рН- та термочутливі нано(феро)гелі на основі N-ізопропілакриламіду та акрилової кислоти |
| title_short |
рН- та термочутливі нано(феро)гелі на основі N-ізопропілакриламіду та акрилової кислоти |
| title_full |
рН- та термочутливі нано(феро)гелі на основі N-ізопропілакриламіду та акрилової кислоти |
| title_fullStr |
рН- та термочутливі нано(феро)гелі на основі N-ізопропілакриламіду та акрилової кислоти |
| title_full_unstemmed |
рН- та термочутливі нано(феро)гелі на основі N-ізопропілакриламіду та акрилової кислоти |
| title_sort |
рн- та термочутливі нано(феро)гелі на основі n-ізопропілакриламіду та акрилової кислоти |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| publishDate |
2017 |
| topic_facet |
Хімія |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/126697 |
| citation_txt |
рН- та термочутливі нано(феро)гелі на основі N-ізопропілакриламіду та акрилової кислоти / Ю.М. Самченко, Л.О. Керносенко, С.О. Крикля, Н.О. Пасмурцева, Т.П. Полторацька, А.І. Маринін // Доповіді Національної академії наук України. — 2017. — № 6. — С. 74-81. — Бібліогр.: 14 назв. — укр. |
| series |
Доповіді НАН України |
| work_keys_str_mv |
AT samčenkoûm rntatermočutlivínanoferogelínaosnovínízopropílakrilamídutaakrilovoíkisloti AT kernosenkolo rntatermočutlivínanoferogelínaosnovínízopropílakrilamídutaakrilovoíkisloti AT kriklâso rntatermočutlivínanoferogelínaosnovínízopropílakrilamídutaakrilovoíkisloti AT pasmurcevano rntatermočutlivínanoferogelínaosnovínízopropílakrilamídutaakrilovoíkisloti AT poltoracʹkatp rntatermočutlivínanoferogelínaosnovínízopropílakrilamídutaakrilovoíkisloti AT marinínaí rntatermočutlivínanoferogelínaosnovínízopropílakrilamídutaakrilovoíkisloti |
| first_indexed |
2025-07-09T05:34:08Z |
| last_indexed |
2025-07-09T05:34:08Z |
| _version_ |
1837146309427986432 |
| fulltext |
74 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. acad. nauk Ukr. 2017. № 6
Протягом останніх років полімерні наноносії на основі синтетичних та природних поліме-
рів (полімерних міцел, наносфер, наногелів) інтенсивно досліджуються з метою одержан-
ня систем адресного вивільнення протиракових лікарських препаратів з підвищеною біо-
доступністю та мінімізацією побічних ефектів, зумовлених високою токсичністю ліків
[1—3]. Завдяки нанорозмірності вказаних терапевтичних систем забезпечується їх висока
проникність до ракових клітин і адресна локалізація в уражених тканинах [3].
Ефективність та адресність вивільнення ліків можна істотно покращити за допомогою
магнітних наночастинок, оскільки хіміотерапевтичні засоби, приєднані до них, можуть кон-
центруватися в безпосередній близькості до органа-мішені шляхом накладання зовнішньо-
го магнітного поля. Це дає можливість застосовувати значно менші дози токсичних хіміоте-
© Ю.М. Самченко, Л.О. Керносенко, С.О. Крикля, Н.О. Пасмурцева, Т.П. Полторацька,
А.І. Маринін, 2017
doi: https://doi.org/10.15407/dopovidi2017.06.074
УДК 644.773.432
Ю.М. Самченко1, Л.О. Керносенко1, С.О. Крикля1,
Н.О. Пасмурцева1, Т.П. Полторацька1, А.І. Маринін2
1 Інститут біоколоїдної хімії ім. Ф.Д. Овчаренка НАН України, Київ
2 Національний університет харчових технологій, Київ
E-mail: kernosenko@ukr.net
рН- та термочутливі нано(феро)гелі на основі
N-ізопропілакриламіду та акрилової кислоти
Представлено академіком НАН України М.Т. Картелем
Синтезовано нанорозмірні гідрогелі на основі термочутливого полі-N-ізопропілакриламіду та його спів по-
лімерів з акриловою кислотою, а також нанокомпозити на їх основі з інкорпорованим магнетитом із середнім
розміром наночастинок близько 100—200 нм. Показано, що розмір синтезованих гідрогелевих матриць за-
лежить від температури та величини рН, так само як і величина дзета-потенціалу наночасти нок. Так, за
умов нагрівання гідрогелю до температури вище 32 °С середній діаметр наночастинок зменшується у два—
три рази, а зі зменшенням величини рН нижче 5 — у три—п’ять разів, що створює передумови для керова-
ного вивільнення інкорпорованих протипухлинних препаратів, насамперед доксорубіцину, та застосування
розроблених ферогелів при лікарській гіпертермії. Інкорпорація до складу гідрогелевих матриць нано роз-
мірного магнетиту забезпечує можливість адресної локалізації розроблених терапевтичних систем у без-
посередній близькості до органа-мішені шляхом накладання постійного малоінтенсивного магнітного поля.
Ключові слова: “розумні” гідрогелі, ферогелі, термочутливі гідрогелі, N-ізопропілакриламід, акрилова кис-
лота, магнетит, дзета-потенціал, доксорубіцин.
75ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2017. № 6
рН- та термочутливі нано(феро)гелі на основі N-ізопропілакриламіду та акрилової кислоти
рапевтичних препаратів [4]. Однак немодифіковані магнітні наночастки (наприклад, маг-
нетиту) мають гідрофобну поверхню і схильні до агрегації, що значно обмежує їх практич не
застосування та зумовлює необхідність нанесення на них гідрофільного полімерного покрит-
тя [5]. Численні гідрофільні полімери (поліетиленгліколь, полівініловий спирт, декстрин
тощо) застосовувалися для подовження часу циркуляції у кровоносному руслі носіїв лікар-
ських препаратів. При температурі, нижчій за НКТР (32—34 °С), термочутливий полімер
НІПА також практично не сорбує білки крові, що, як було показано експериментами in vivo,
сприяє подовженню часу циркуляції носіїв лікарських препаратів на його основі в крово-
носному руслі [6] і зумовлює перспективність використання полімеру при конструюванні
терапевтичних наноносіїв лікарських, насамперед протиракових, препаратів. Просторово
зшиті гідрофільні полімери — гідрогелі, характеризуються аномально високою біосумісніс-
тю, простотою модифікування притаманних їм властивостей і можливістю ефективної ін-
капсуляції (з використанням доступних механізмів) хіміотерапевтичних засобів та таргет-
них маркерів. Особливо перспективними видаються нанорозмірні носії лікарських препа-
ратів — наногелі, завдяки адресному транспорту яких саме до уражених клітин (та
запобіганню накопиченню в здорових тканинах людського організму) вдається значно зни-
зити терапевтичні дози та мінімізувати побічні токсичні ефекти від використання хіміо-
терапевтичних засобів [7].
Крім того, відмічено, що наногелі мають значно більшу швидкість відгуку на зовнішні
чинники, ніж мікро- та макрогелі. Найефективнішими видаються “розумні” наногелі, що
різко змінюють свої фізико-хімічні властивості (рівноважний водовміст, розмір, дифузій-
ні параметри тощо) під впливом незначних змін у оточуючому їх середовищі. Створення
полімерів, чутливих до декількох зовнішніх факторів, дало можливість розробити нове по-
коління так званих “розумних” систем транспорту протиракових лікарських препаратів зі
значно більшою ефективністю застосування. Особливий інтерес з-поміж них викликають
системи з подвійним (рН та температура) механізмом запуску [8]. Це пояснюється тим,
що численні патологічні процеси в організмі, такі як запалення, новоутворення, інфаркти,
супроводжуються підвищенням температури (на 2—5 °C) чи зменшенням величини рН на
1 — 2,5 одиниці [9]. Таким чином, температура та рН — основні чинники, завдяки яким мож-
ливо здійснювати керування “розумними” системами транспорту ліків [10], забезпечуючи
їх вивільнення в уражені тканини (з кислою величиною рН) [11], або у локально розігріті
внаслідок магнітної гіпертермії ділянки [12].
З огляду на вищесказане викликають інтерес синтез і дослідження фізико-хімічних
властивостей рН- та термочутливих наноферогелів на основі акрилової кислоти, N-ізо про-
пі лак риламіду та магнетиту. Наноферогелі були синтезовані методом суспензійної ради-
кальної полімеризації і охарактеризовані з використанням трансмісійної електронної мі-
кроскопії, динамічного світлорозсіювання та УФ спектроскопії.
Реагенти. N-ізопропілакриламід (НІПА) (Сігма-Олдріч, 97 %) перекристалізовували з
гексану і сушили під вакумом; акрилову кислоту (АК) (Мерк, 97 %), персульфат калію
(ПСК) (Сігма, 98 %), N, N ′-метилен-біс-акриламід (МБА) (Mерк, 98 %), лимонну кисло-
ту, додецилсульфат натрію використовували без додаткового очищення, переганяли під
вакуумом і очищали дробною перекристалізацією, так само як і солі заліза (FeSO4 · 7H2O та
FeCl3 · 6H2O), що використовувалися для синтезу магнетиту.
76 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. acad. nauk Ukr. 2017. № 6
Ю.М. Самченко, Л.О. Керносенко, С.О. Крикля, Н.О. Пасмурцева, Т.П. Полторацька, А.І. Маринін
Синтез наночастинок магнетиту. 0,541 г гексагідрату хлориду заліза(III) та 0,268 г
гептагідрату сульфату заліза (FeSO4 · 7H2O) (мольне співвідношення 2:1) розчиняли у 10
мл дистильованої води та інтенсивно перемішували в атмосфері азоту при 70 °C. Через 30 хв
1,6 мл гідроксиду амонію (25 %) додавали до реакційної суміші, перемішували ще протягом
15 хв і охолоджували до кімнатної температури. Чорний осад відділяли магнітною сепа ра-
цією і промивали 5 разів гарячою дистильованою водою. Після цього для стабілізації сус-
пензії магнетиту додавали розчин 6,4 г лимонної кислоти в 10 мл дистильованої води, пе-
ремішували суміш протягом 1 год, промивали 5 разів дистильованою водою і доводили
загальний об’єм до 50 мл. Одержану суспензію наночастинок магнетиту з концентрацією
4 г/л озвучували з використанням УЗ-диспергатора УЗДН-2Т для отримання однорідної
дисперсії. Як було показано в подальшому за допомогою методу ТЕМ, середній розмір на-
ночастинок магнетиту становив близько 20 нм.
Синтез наноферогелів. 2,3 г НІПА, 0,0393 г МБА, 0,1124 г додецилсульфату натрію, 5 мл
суспензії магнетиту, стабілізованого цитратною кислотою, 0,115 г АК і 135 г дистильова-
ної води перемішували на магнітній мішалці з пропусканням аргону протягом 2 хв. Після
цього суміш переносили до тригорлого реактора з вертикальною мішалкою та термомет-
ром, додавали 10 мл 0,93 %-го розчину ПСК. Синтез за умов постійного перемішування та
барботації аргону проводили при 60—70 °С протягом 6 год, після чого вміст реактора від-
фільтровували через фільтрувальний папір для видалення механічних домішок. Детальніше
синтез наногелів на основі НІПА описувався нами раніше [13]. Електронні мікрофотогра-
фії (TEM) одержані з використанням електронного мікроскопа JEOL JEM 1230 (Японія).
Очищення нанорозмірних суспензій проводили шляхом багаторазової заміни води, а кон-
центрування нано(феро)гелів здійснювали за допомогою магнетизації суспензій шляхом
накладання постійного магнітного поля.
Термоініційовані фазові переходи в наноферогелях досліджували шляхом вимірювання
світопропускання при довжині хвилі 500 нм та різних температурах суспензій наногелів з
використанням УФ спектрометра “Specord M 40”.
Кінетику вивільнення протипухлинного препарату доксорубіцину також досліджували
з використанням УФ спектрометра “Specord M 40” (максимум поглинання 480 нм).
Дзета-потенціал синтезованих нано(феро)гелів та їх розподіл за розмірами визначали
методом динамічного розсіювання світла з використанням Zetasizer Nano ZS Malvern
Instruments (кут розсіювання (d) — 173°; (ζ) — 13°), який обладнаний лазером He-Ne, що
працює при λ = 633 нм і має робочий діапазон від 0,6 нм до 6 мкм. Дані трьох вимірів за різ-
них температурних умов (25; 37 і 50 °C) для кожного зразка подавалися за середнім розмі-
ром (Z-Average), а також інтенсивністю розподілу (індекс полідисперсності) відповідно до
міжнародного стандарту ISO13321.
Розмір носіїв лікарських засобів має першочергове значення, оскільки наночастинки з
діаметром менше 200 нм можуть проникати всередину клітин і не видаляються з крово носної
системи макрофагами, завдяки чому подовжується термін їх циркуляції в організмі. Як видно
з наведених на рис. 1 електронних мікрофотографій (ТЕМ), синтезовані наногелі характери-
зуються однорідністю форми та розміру і мають середній діаметр близько 100 нм. При збіль-
шенні (див. рис. 1, вставка) можна помітити інкорпоровані до складу наноферогелів наночас-
тинки магнетиту розміром близько 10 нм. Отримані зображення добре корелюють з результа-
77ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2017. № 6
рН- та термочутливі нано(феро)гелі на основі N-ізопропілакриламіду та акрилової кислоти
тами вимірювання динамічного світлоорозсіювання. Показано, що середній розмір
синтезованих гідрогелів на основі НІПА та АК становить близько 100—200 нм і залежить від
температури та величини рН, так само, як і величина дзета-потенціалу нано частинок.
За умов нагрівання вище НКТР та підкислення оточуючого середовища діаметр їх на-
ночастинок зменшується. Так, встановлено, що середній розмір наночастинок співполі-
мерних гідрогелів на основі НІПА та АК під час нагрівання від 25 до 50 °С зменшується у
3—5 разів, що є наслідком термоіндукованого фазового переходу від набухлого до сколап-
сованого стану гідрогелю (рис. 2, а). Водночас у кислій області рН розмір наноферогелів
становить близько 10 нм (див. рис. 2, б), тоді як у лужному середовищі збільшується при-
близно на порядок. Відзначимо, що вказані процеси є зворотними і подальше охолодження
наногелів (так само, як і зростання величини рН) спричиняє збільшення їх розмірів до ви-
хідних значень.
Вказана поведінка нанорозмірних гідрогелевих матриць створює передумови для спон-
танного адресного вивільнення інкорпорованих протипухлинних препаратів, насамперед
доксорубіцину (див. рис. 2), під час їх нагрівання у прийнятному діапазоні температур, на-
приклад, у разі лікарської гіпертермії чи контакту з ураженими клітинами, для яких харак-
терна кисла величина рН.
Також показано (рис. 3), що з підвищенням температури в діапазоні від 25 до 37 °С і,
особливо, до 50 °С збільшується (за абсолютною величиною) дзета-потенціал, що свідчить
про зростання агрегативної стійкості відповідних колоїдних систем і зумовлює можливість
Рис. 2. Розподіл за розміром нано(феро)гелю на
осно ві співполімеру НІПА — АК з інкорпорованим
маг нетитом залежно від температури (а) і величини
pH (б)
Рис. 1. Мікрофотографії (ТЕМ) синтезованих нано-
фе ро гелів на основі співполімеру НІПА — АК з
інкорпо ро ваним магнетитом
►
78 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. acad. nauk Ukr. 2017. № 6
Ю.М. Самченко, Л.О. Керносенко, С.О. Крикля, Н.О. Пасмурцева, Т.П. Полторацька, А.І. Маринін
використання синтезованих наносуспензій для лікарської гіпертермії. Така закономірність
може пояснюватися розривом міжмолекулярних водневих зв’язків, які зумовлюють агрега-
цію з посиленням броунівського руху під час нагрівання макромолекул НІПА.
Беручи до уваги медичну сферу застосування синтезованих наноферогелів, надзви-
чайно важливою проблемою є їх відмивання від непрореагованих мономерів та інших ви-
хідних реагентів. Реакція гелеутворення ніколи не відбувається з виходом 100 %, а практично
всі вихідні акрилові мономери токсичні [14], на відміну від отриманих полімерів. Від ми-
вання макрогелів медичного призначення переважно здійснюють за допомогою три ва лого
екстрагування (протягом 4—10 діб) непрореагованих реагентів придатним розчинником
(переважно водою) шляхом його багаторазової заміни. Відмивання нанорозмірних гідро-
гелів можна істотно інтенсифікувати шляхом діафільтрації — ультрафільтраційної мемб-
ранної технології, що передбачає багаторазову заміну розчинника зі збереженням сталого
об’єму. При цьому вихідна концентрація наногелю не змінюється, що дає змогу запобігати
агрегації наночастинок. Використовувалися мембранні фільтри cutoff 100 кДа. Такі мем-
брани затримують компоненти суспензії з більшою молекулярною масою. Менші молекули,
такі як мономери, ініціатори, розчинники, вільно проникають через мембрану. Одразу після
синтезу концентрація непрореагованого НІПА значно перевищує допустимий рівень. Після
5-разової зміни розчинника концентрація мономеру зменшується в 50 разів, а після 7-разової
заміни — більш ніж у 500 разів, що дає змогу застосовувати синтезовані гідрогелі для ство-
рення виробів медичного призначення.
Рис. 4. Вплив температури на світлопро пус кан-
ня для неочищеного (1) та очищеного (2) нано-
гелю на ос но ві НІПА і АК з інкорпорованим
магнетитом при рН 7 (а) та кінетика вивільнен-
ня доксорубіци ну з нього залежно від тем пе-
ратури (наноферогель насичувався розчином
пре па ра ту з концентрацією 2,5 · 10–2 %) (б)
Рис. 3. Дзета-потенціал нано(феро)гелю на ос-
нові співполімеру НІПА — АК з інкорпорованим
маг не титом при 25 °C (1), 37 °C (2) і 50 °C (3)
◄
79ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2017. № 6
рН- та термочутливі нано(феро)гелі на основі N-ізопропілакриламіду та акрилової кислоти
У випадку макрогелів температуру їх фазового переходу між набухлим та сколапсова-
ним станом (що визначає можливість керування їх фізико-хімічними властивостями, на-
самперед дифузійними) визначають гравіметрично, що практично неможливо у випадку
наногелів. Однак було показано, що не менш точно температуру фазового переходу можна
визначити шляхом вимірювання величини рН. Як видно з рис. 4, а, під дією температури
менше 30 °C гідрогелі знаходяться в розгорнутій конформації, тоді як під час нагрівання
вище 32 °C (НКТР) відбувається фазовий перехід до компактного сколапсованого стану
завдяки руйнуванню водневих зв’язків між молекулами води та гідрофільними амідними
групами НІПА, спричиненому броунівським рухом, а також посиленню гідрофобних взає-
модій ізопропільних груп НІПА. У результаті спостерігається різке зменшення світопро-
пускання дисперсій, а температура фазового переходу становить для наноферогелів близь-
ко 35 °C. З аналізу рис. 4, б випливає, що при 25 °C вивільнення протипухлинного препара-
ту доксорубіцину завершується через 30—40 хв, тоді як нагрівання вище НКТР спричиняє
спонтанне вивільнення препарату зі сколапсованого гідрогелю.
Таким чином, синтезовані нано(феро)гелі на основі НІПА, АК та магнетиту завдяки їх
унікальним властивостям являють собою перспективний матеріал для створення терапев-
тичних систем адресної доставки і керованого вивільнення лікарських засобів.
ЦИТОВАНА ЛІТЕРАТУРА
1. Park W., Park S.j., Na K. Potential of self-organizing nanogel with acetylated chondroitin sulfate as an anti-
cancer drug carrier. Colloid. Surfaces B. 2010. 79. Р. 501—508.
2. Soppimath K.S., Aminabhavi T.M., Kulkarni A.R., Rudzinski W.E. Biodegradable polymeric nanoparticles as
drug delivery devices. J. Control.Release. 2001. 70. Р. 1—20.
3. Mitra S., Gaur U., Ghosh P., Maitra A. Tumour targeted delivery of encapsulated dextran-doxorubicin
conjugate using chitosan nanoparticles as carrier. J. Control.Release. 2001. 74. Р. 317—323.
4. Agiotis L., Theodorakos I., Samothrakitis S., Papazoglou S., Zergioti I., Raptis Y.S. Magnetic manipulation of
superparamagnetic nanoparticles in a microfluidic system for drug delivery applications. J. Magn. Magn.
Mater. 2016. 401. P. 956—964.
5. Dilnawaz F., Singh A., Mohanty C., Sahoo S.K. Dual drug loaded superparamagnetic iron oxide nanoparticles
for targeted cancer therapy. Biomaterials. 2010. 31. P. 3694—3706.
6. Yallapu M.M., Jaggi M., Chauhan S.C. Design and engineering of nanogels for cancer treatment. Drug
Discovery Today. 2011. 16. P. 457—463.
7. Morinloto N., Qiu X.P., Winnik F.M., Akiyoshi K. Dual stimuli-responsive nanogels by self-assembly of
polysaccharides lightly grafted with thiol-terminated poly(N-isopropylacrylamide) chains. Macromolecules.
2008. 41. P. 5985—5987.
8. Chang B., Sha X., Guo J., Jiao Y., Wang C., Yang W. Thermo and pH dual responsive, polymer shell coated,
magnetic mesoporous silica nanoparticles for controlled drug release. J. Mater. Chem. 2011. 21. P. 9239—
9247.
9. Liu C., Guo J., Yang W., Hu J., Wang C., Fu S. Magnetic mesoporous silica microspheres with thermo-sensitive
polymer shell for controlled drug release. J. Mater. Chem. 2009. 19. P. 4764—4770.
10. Oh N. M., Oh K.T., Baik H.J., Lee B.R. A self-organized 3-diethylaminopropyl-bearing glycol chitosan
nanogel for tumor acidic pH targeting: In vitro evaluation. Colloid. Surfaces B. 2010. 78. P. 120—126.
11. Bae Y., Nishiyama N., Fukushima S., Koyama H., Yasuhiro M., Kataoka K. Preparation and biological
characterization of polymeric micelle drug carriers with Intracellular pH-triggered drug release property:
tumor permeability, controlled subcellular drug distribution, and enhanced in vivo antitumor efficacy. Bio-
conjugate Chem. 2005. 16. P. 122—130.
12. Yadavalli T., Ramasamy S., Chandrasekaran G. Dual responsive PNIPAM–chitosan targeted magnetic
nanopolymersfor targeted drug delivery. J. Magn. Magn. Mater. 2015. 380. P. 315—320.
80 ISSN 1025-6415. Dopov. Nac. acad. nauk Ukr. 2017. № 6
Ю.М. Самченко, Л.О. Керносенко, С.О. Крикля, Н.О. Пасмурцева, Т.П. Полторацька, А.І. Маринін
13. Konovalova V.V., Samchenko Yu.M., Kryklya S.O., Scherbakov S.M., Burban A.F., Ulberg Z.R. Syn thesys
and characterization of multi-responsive nano-sized hydrogel based on N-isopropylacrylamide and mag ne-
tite. J. Appl. Chem. Sci. Intern. 2016. 6. Р. 132—140.
14. Staples C.A., Murphy S.R., McLaughlin J.E., Leung H.W., Cascieri T.C., Farr C.H. Determination of selected
fate and aquatic toxicity characteristics of acrylic acid and a series of acrylic esters. Chemosphere. 2000. 40.
Р. 29—38.
Надійшло до редакції 26.12.2016
REFERENCES
1. Park, W., Park, S., j. & Na, K. (2010). Potential of self-organizing nanogel with acetylated chondroitin sulfate
as an anti-cancer drug carrier. Colloid. Surfaces B., 79, pp. 501-508.
2. Soppimath, K.S., Aminabhavi, T.M., Kulkarni, A.R. & Rudzinski, W.E. (2001). Biodegradable polymeric
nanoparticles as drug delivery devices. J. Control.Release, 70, pp. 1-20.
3. Mitra, S., Gaur, U., Ghosh, P. & Maitra, A. (2001). Tumour targeted delivery of encapsulated dextran-do xo-
rubicin conjugate using chitosan nanoparticles as carrier. J. Control. Release, 74, pp. 317-323.
4. Agiotis, L., Theodorakos, I., Samothrakitis, S., Papazoglou, S., Zergioti, I. & Raptis, Y.S. (2016). Magnetic ma-
ni pulation of superparamagnetic nanoparticles in a microfluidic system for drug delivery applications. J.
Magn. Magn. Mater., 401, pp. 956-964.
5. Dilnawaz, F., Singh, A., Mohanty, C. & Sahoo, S. K. (2010). Dual drug loaded superparamagnetic iron oxide
nanoparticles for targeted cancer therapy. Biomaterials, 31, pp. 3694-3706.
6. Yallapu, M. M, Jaggi, M. & Chauhan, S. C. (2011). Design and engineering of nanogels for cancer treatment.
Drug Discovery Today, 16, pp. 457-463.
7. Morinloto, N., Qiu, X. P., Winnik, F. M. & Akiyoshi, K. (2008). Dual stimuli-responsive nanogels by self-
assembly of polysaccharides lightly grafted with thiol-terminated poly(N-isopropylacrylamide) chains.
Macromolecu les, 41, pp. 5985-5987.
8. Chang, B., Sha, X., Guo, J., Jiao, Y., Wang, C. & Yang, W. (2011). Thermo and pH dual responsive, polymer
shell coated, magnetic mesoporous silica nanoparticles for controlled drug release. J. Mater. Chem., 21,
pp. 9239-9247.
9. Liu, C., Guo, J., Yang, W., Hu, J., Wang, C. & Fu, S. (2009). Magnetic mesoporous silica microspheres with
thermo-sensitive polymer shell for controlled drug release. J. Mater. Chem., 19, pp. 4764-4770.
10. Oh, N. M., Oh, K. T., Baik, H. J. & Lee, B. R. (2010). A self-organized 3-diethylaminopropyl-bearing glycol
chitosan nanogel for tumor acidic pH targeting: In vitro evaluation. Colloid. Surfaces B., 78, pp. 120-126.
11. Bae Y., Nishiyama N., Fukushima, S., Koyama, H., Yasuhiro, M. & Kataoka, K. (2005). Preparation and
biological characterization of polymeric micelle drug carriers with Intracellular pH-triggered drug release
property: tumor permeability, controlled subcellular drug distribution, and enhanced in vivo antitumor
efficacy. Bioconjugate Chem., 16, pp. 122-130.
12. Yadavalli, T., Ramasamy, S. & Chandrasekaran, G. (2015). Dual responsive PNIPAM–chitosan targeted
magnetic nanopolymersfor targeted drug delivery. J. Magn. Magn. Mater., 380, pp. 315-320.
13. Konovalova, V. V., Samchenko, Yu. M., Kryklya, S. O., Scherbakov, S. M., Burban, A. F. & Ulberg, Z. R.
(2016). Synthesys and characterization of multi-responsive nano-sized hydrogel based on N-isopropyl-
acryl amide and magnetite. J. Appl. Chem. Sci. Intern., 6, pp. 132-140.
14. Staples, C. A., Murphy, S. R., McLaughlin, J. E., Leung, H. W., Cascieri, T. C. & Farr, C. H. (2000).
Determination of selected fate and aquatic toxicity characteristics of acrylic acid and a series of acrylic esters.
Chemosphere, 40, pp. 29-38.
Received 26.12.2016
81ISSN 1025-6415. Допов. Нац. акад. наук Укр. 2017. № 6
рН- та термочутливі нано(феро)гелі на основі N-ізопропілакриламіду та акрилової кислоти
Ю.М. Самченко1, Л.А. Керносенко1, С.О. Крикля1,
Н.А. Пасмурцева1, Т.П. Полторацкая1, А.И. Маринин2
1 Институт биоколлоидной химии им. Ф.Д. Овчаренко НАН Украины, Киев
2 Национальный университет пищевых технологий, Киев
E-mail: kernosenko@ukr.net
рН- И ТЕРМОЧУВСТВИТЕЛЬНЫЕ НАНО(ФЕРРО)ГЕЛИ
НА ОСНОВЕ N-ИЗОПРОПИЛАКРИЛАМИДА И АКРИЛОВОЙ КИСЛОТЫ
Синтезорованы наноразмерные гидрогели на основе термочувствительного поли-N-изопропилакриламида
и его сополимеров с акриловой кислотой, а также нанокомпозитов на их основе с инкорпорированным
магнетитом со средним размером наночастиц около 100—200 нм. Показано, что размер синтезированных
гидрогелевых матриц зависит от температуры и величины рН, так же как и величина дзета-потенциала
наночастиц. Так, при нагревании гидрогеля до температуры выше 32 °С средний диаметр наночастиц
уменьшается в два—три раза, а при снижении величины рН ниже 5 — в три—пять раз, что создает пред-
посылки для управляемого высвобождения инкорпорованных противоопухолевых препаратов, прежде
всего доксорубицина, и применения разработанных феррогелей при лекарственной гипертермии. Ин кор-
порирование в состав гидрогелевых матриц наноразмерного магнетита обеспечивает возможность адрес-
ной локализации разработанных терапевтических систем в непосредственной близости к органу-мишени
путем наложения постоянного малоинтенсивного магнитного поля.
Ключевые слова: “умные” гидрогели, феррогели, термочувствительные гидрогели, N-изопропилакриламид,
акриловая кислота, магнетит, дзета-потенциал, доксорубицин.
Yu.M. Samchenko1, L.O. Kernosenko1, S.O. Kryklya1,
N.O. Pasmurtseva1, T.P. Poltoratska1, A.I. Marynin2
1 F.D. Ovcharenko Institute of Biocolloidal Chemistry of the NAS of Ukraine, Kiev
2 National University of Food Technologies, Kiev
E-mail: kernosenko@ukr.net
pH- AND THERMOSENSITIVE NANO(FERRO)GELS BASED
ON N-ISOPROPYLACRYLAMIDE AND ACRYLIC ACID
Nanosized hydrogels based on thermosensitive poly-N-isopropylacrylamide, copolymers with acrylic acid, and
their nanocomposites with incorporated magnetite nanoparticles (approximate particle size of 100-200 nm) are
synthesized. It was shown that the hydrogel matrix size and the zeta potential of nanoparticles depend on the
temperature and pH. The diameter of nanoparticles is reduced by 2-3 times, if the hydrogel is heated up to 32 °C,
and by 3-5 times, if pH decreases below 5. This creates conditions for the controllable release of incorporated
anticancer drugs (in particular, doxorubicin) and for using nanogels in therapeutic hypothermia. Incorporation
of nanosized magnetite into the hydrogel matrices provides a controlled localization of therapeutic systems in
close proximity to target organs by applying a low-intensity constant magnetic field.
Keywords: “smart” hydrogels, ferrogels, thermosensitive gels, N-isopropylacrylamide, acrylic acid, magnetite, zeta
potential, doxorubicin.
|