ИСТИНА

Функциональные «умные» полимеры с биодеградируемой основной цепью и биосовместимыми продуктами деградации являются перспективными компонента-ми новых безопасных и высокоэффективных систем направленной доставки ле-карств в организм. Особенно привлекательны для этих целей термочувствительные биодеградируемые полимеры, претерпевающие фазовые переходы в ответ на изме-нения температуры в физиологических пределах. Термочувствительность придает полимерам уникальную функциональность – конформационно-контролируемое связывание и релиз целевых лигандов (лекарств). В этой связи фундаментальный интерес представляет выяснение природы и механизмов термочувствительности водорастворимых полимеров. Выявление ключевых взаимодействий, модифицирующих гидрофобно-гидрофильный баланс макромолекул, и их корреляций со структурой полимеров позволит управлять фазовым состоянием водных растворов, т.е. индуцировать термочувствительность синтетических и природных полимеров, для которых такое поведение в водной среде неизвестно. Возможность наведенной термочувствительности была показана авторами Проекта в предварительных исследованиях некоторых синтетических и природных биодеградируемых полимеров (полиаминофосфазенов и хитозана). Объектами исследований по Проекту будут полиметил- и полиэтиламинофозфазены, полиметоксиэтиламинофосфазен и хитозаны разного молекулярного веса с различной степенью деацетилирования. Основным методом исследования будет высокочувствительная дифференциальная сканирующая калориметрия – прямой метод определения энергетики термотропных фазовых и конформационных переходов в растворах полимеров. Будет исследовано влияние различных факторов и компонентов водной среды на термодинамические параметры фазовых переходов полимеров: рН, ионной силы, концентрации многоосновных карбоновых кислот различной химической структуры и гидрофобности, концентрации глицерофосфата натрия. Будут получены зависимости основных термодинамических параметров перехода - температуры, энтальпии, инкремента теплоемкости и ширины перехода - от рН, ионной силы и концентрации указанных низкомолекулярных компонентов раствора. Будут определены температурные зависимости свободной энергии перехода при различных параметрах среды. Будут выявлены корреляции между энергетикой переходов и структурными и молекулярными характеристиками полимеров (гидрофобностью, зарядом, молекулярной массой). Анализ полученных данных в рамках существующих и разработанных в настоящем Проекте теоретических моделей фазовых переходов растворов полимеров позволит оценить вклады гидрофобных, электростатических и ван-дер-Ваальсовых взаимодействий в энергетику переходов. В результате будут сформулированы конкретные подходы к индуцированию и модификации термочувствительных свойств функциональных полимеров.

Functional smart polymers with a biodegradable backbone and biocompatible degradation products are considered as the perspective components of new safe and highly effective drug delivery systems. Particularly, thermosensitive biodegradable polymers, undergoing phase transitions in response to the temperature changes within physiologic limits, are the most appropriate for this purpose. Thermosensitivity provides the polymers with a unique functionality – the so-called conformation-dependent binding and release of the target ligands (drugs). In this view, elucidation of nature and mechanisms of thermosensitivity of water soluble polymers represents an actual fundamental interest. Finding key interactions which modify the hydrophobic-hydrophilic balance of macromolecules and of their correlations with the polymer structure permits to control over the phase state of the polymer aqueous solution, i.e. induce thermosensitivity of synthetic and natural polymers. The possibility of the induced thermosensitivity was shown by the authors of the current Project in preliminary studies of some synthetic and natural biodegradable polymers (polyaminophosphazenes and chitosan). Accordingly, the objects of the Project investigations will be polymethyl-, polyethyl- and polymethoxyethylaminophosphazene as well as chitosan of various molecular weight and deacetylation degree. High-sensitivity differential scanning calorimetry will be used as a principal experimental technique. This is a direct physical method of determination of energetics of thermotropic phase and conformational transitions in polymer solutions. Effects of various factors and components of the aqueous medium, such as pH, ionic strength, concentration of polybasic carbon acids of a different chemical structure and hydrophobicity, as well as concentration of sodium glycerophosphate, will be investigated. Dependences of the main thermodynamic parameters of phase transition – temperature, enthalpy, heat capacity increment and width – on pH, ionic strength and concentration of the above mentioned low-molecular components of the solution will be obtained. The temperature dependences of the transition free energy at different parameters of the medium will be determined. Correlations between the transition energetics and structural and molecular characteristics of the polymers (hydrophobicity, charge, molecular weight) will be found. Analysis of the obtained data in terms of the existing and developed in the course of this Project theoretic models of phase transitions in polymer solutions will allow to estimate contributions of the hydrophobic, electrostatic and Van der Waals interactions into the transition energetics. As a result, new approaches for induction and modification of thermoresponsive properties of functional polymers will be elaborated.

В 2018 г. будет синтезирован и исследован полиэтиламинофосфазен. Полимер будет получен реакцией замещения высокомолекулярного полидихлорфосфазена этиламином с последующим переводом его в гидрохлорид. Будут определены молекулярно-массовые характеристики полимера: химический состав по данным элементного анализа и молекулярная масса по данным скоростной седиментации и динамического светорассеяния. Методом высокочувствительной дифференциальной сканирующей калориметрии будут получены прямые термодинамические данные о влиянии многоосновных карбоновых кислот на термотропное фазовое поведение водных растворов полиэтиламинофосфазена. Эти данные будут включать зависимости параметров фазового перехода (температуры, энтальпии, инкремента теплоемкости и ширины перехода) от концентрации кислот. Будет рассчитана свободная энергия перехода как функция концентрации кислоты. Будет выполнен анализ этих функций в рамках существующих и развитых в Проекте теоретических моделей термотропных фазовых переходов растворов полимеров. В итоге будет проведена оценка вкладов ключевых взаимодействий, определяющих наведенную термочувствительность полиэтиламинофосфазена, и выяснен механизма этого явления.

Исследован термотропный фазовый переход поли(этиламинофосфазена), индуцированный солями поликарбоновых кислот. Получены термодинамические параметры перехода как функции концентрации кислот, констант диссоциации и гидрофобности кислот. Адаптирована модель кооперативной гидратации Окада-Танаки для количественного описания Фазового перехода полифосфазена. Предложен механизм индуцированной термочувсвтительности.