Sinteza amfifilnih miktokrakih zvezdastih blok kopolimerov za pripravo biohibridnih polimersomov

Amfifilni blok kopolimeri, sestavljeni iz hidrofilnih in hidrofobnih blokov, se v vodnih raztopinah spontano samo-organizirajo v urejene supramolekularne strukture. Morfologija supramolekularnih struktur je odvisna predvsem od kemijske sestave in dolžin posameznih blokov blok kopolimera. Blok kopolimeri z ustreznim masnim deležem hidrofilnega bloka lahko tvorijo polimerne vezikle (t.i. polimersome). Polimersomi so votle z vodo napolnjene membranske strukture, kjer hidrofobni bloki tvorijo jedro membrane. Debelina membrane polimersoma določa njeno prepustnost in stabilnost in je odvisna od molekulske mase hidrofobnega bloka blok kopolimera. Z modifikacijo polimersomov z biološkimi nanoporami (t.i. bioporami) lahko dosežemo, da postanejo membrane liposomov selektivno prepustne, kar omogoča nove tehnološke aplikacije v biomedicini, kot so nanoporni senzorji, ki omogočajo analizo posameznih molekul. Glavni izziv pri sintezi blok kopolimerov je oblikovanje njihovih makromolekularnih parametrov, kot so molekulska masa, kemijska sestava blokov, arhitektura itd., da dosežemo primerno fluidnost, fleksibilnost, stabilnost in debelino polimerne membrane, ki omogočajo vstavitev poro-tvornih proteinov. V primeru neusklajenosti debeline hidrofobne polimerne membrane in višino biopore, se mora oblika membrane blok kopolimera prilagoditi velikosti biopore, da le-ta ohrani svojo funkcionalnost. Nekompatibilnost med debelino membrane in velikostjo pore v največji meri omejuje vstavljanje biopor v umetne membrane in je zato omejen na skoraj izključno linearne blok kopolimere na osnovi fleksibilnega poli(dimetilsiloksana). Cilj predlaganega projekta je oblikovati in sintetizirati novo generacijo amfifilnih miktoarm zvezdastih blok kopolimerov, za katere predvidevamo, da bodo tvorili stabilne polimersome, primerne za vstavljanje poro-tvornih proteinov v membrano. Na osnovi naravnih lipidov, smo začrtali sintezne poti za pripravo miktoarm zvezdastih blok kopolimerov, ki bodo posnemali arhitekturo naravnih fosfolipidov. Miktoarm zvezde so zvezdasti polimeri, ki v strukturi vsebujejo vsaj tri krake različne kemijske sestave, ki so pripeti na isto jedro. Z uporabo dveh krajših hidrofobnih blokov v zvezdi, namesto enega dolgega kot v primeru linearnih blok kopolimerov, nameravamo zmanjšati debelino membrane, ne da bi pri tem vplivali na njeno stabilnost. Predvidevamo namreč, da bo vstavitev biopor v tanjšo membrano polimersoma učinkovitejše. Miktoarm zvezde bodo sestavljene iz biokompatibilnih in biološko razgradljivih blokov, ki jih bomo sintetizirali s polimerizacijo z odpiranjem obroča. Sarkozin N-karboksianhidrid bo služil za pripravo hidrofilnega bloka, medtem ko bosta hidrofobna kraka zvezde iz polikarbonatnih, polietrskih ali polipeptidnih blokov. Bistveni cilj projekta je priprava zvezdastih blok kopolimerov s primernimi strukturnimi lastnostmi, ki bodo omogočale pripravo liposomov s fluidno membrano, debeline reda velikosti celičnih membran in bodo tako primerne za vstavitev biopor. Iz sintetičnega stališča v projektu predlagamo tudi primerne modifikacije zvezdastih kopolimerov na koncu hidrofilnega bloka, saj predvidevamo, da bodo specifične funkcionalne skupine, kot so receptorske molekule, olajšale pričvrstitev poro-tvornih proteinov v membrano. Po drugi strani bomo preučili možnost vključitve UV-zamreževalnih skupin v strukturo zvezdastih kopolimerov z namenom, da bomo, po vstavitvi biopore v membrano, le-to zamrežili in tako izboljšali njeno stabilnost. Rezultati, pridobljeni tekom projekta, bodo predstavljali osnovo za inženiring hibridnih struktur, primernih za napredne aplikacije, kot so biosenzorji, nanoreaktorji, dostava zdravil, umetni organeli itd.