Υποστήριξη Διδακτορικής Διατριβής - Σοφία Φαλιά Σαραβάνου

Ο σχεδιασμός πολυ-λειτουργικών τρισδιάστατων πλεγμάτων παρουσιάζει ιδιαίτερα πλεονεκτήματα στο χώρο των βιοεφαρμογών. Τα συστήματα αυτά, τα οποία αποκαλούνται και «έξυπνα» δίκτυα, είναι εκείνα που αποκρίνονται σε ερεθίσματα όπως η αλλαγή της θερμοκρασίας, pH, φωτός κ.α. Υπό αυτές τις αλλαγές τα υδροπηκτώματα μπορούν να παρουσιάζουν αλλαγή φάσης, δηλαδή να μεταβούν από την υγρή κατάσταση σε αναπτυσσόμενο δίκτυο, μπορούν να διογκώνονται, να συρρικνώνονται, να κάμπτονται κ.α. Πιο συγκεκριμένα, τα τρισδιάστατα δίκτυα, τα οποία μπορούν να επανέρχονται στην αρχική τους κατάσταση με την απουσία του εξωτερικού ερεθίσματος ονομάζονται «αυτό-ιάσιμα». Συνεπώς, ο σχεδιασμός και η τροποποίηση πολυμερικών αλυσίδων συμβάλει στην ανάπτυξη «ευφυών» υδροπηκτωμάτων υπό την επίδραση εξωγενών παραγόντων, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως φορείς φαρμάκων, καθορίζοντας τον ρυθμό αποδέσμευσης της δραστικής ουσίας, ή σε εφαρμογές μηχανικής ιστών. 

Στόχος της παρούσας διατριβής είναι η ανάπτυξη «ευφυών» υδροπηκτωμάτων με τη χρήση του φυσικού πολυσακχαρίτη, αλγινικό νάτριο, (NaALG) τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε βιοεφαρμογές. Για τον σκοπό αυτό αναπτύσσονται και μελετώνται ως προς τις ιξωδοελαστικές τους ιδιότητες τα παρακάτω συστήματα. Αρχικά πραγματοποιείται εμβολιασμός του αλγινικού νατρίου με τις θερμοευαίσθητες πλευρικές αλυσίδες βάση το πολύ-Ν-ισοπροπυλ-ακρυλαμίδιο εμπλουτισμένο με το υδρόφοβο συμμονομερές Ν-τερτ-βουτυλ ακρυλαμίδιο, [(P(NIPAM-co-NtBAM)], NaALG-g-P(NIPAM-co-NtBAM). Εν συνεχεία, πραγματοποιείται ανάπτυξη διπλά εμβολιασμένου αλγινικού νατρίου με τις παραπάνω θερμοευαίσθητες αλυσίδες αλλά και με βορονικές ομάδες (ΒΑ) που αποκρίνονται σε αλλαγές του pH και της συγκέντρωσης της γλυκόζης, NaALG-g₁-P(NIPAM-co-NtBAM)-g₂-BA. Τέλος, αναπτύσσεται ένα ημι-διεισδυόμενο δίκτυο με απλή ανάμειξη των εμβολιασμένων πολυμερών του αλγινικού νατρίου, NaALG-g-P(NIPAM-co-NtBAM) και NaALG-g-ΒΑ. Οι μηχανικές ιδιότητες των δικτύων ενισχύονται περαιτέρω με την προσθήκη χλωριούχου ασβεστίου (CaCl₂). Επομένως, τα παραπάνω δίκτυα μπορούν να αναπτύσσονται μέσω των παρακάτω μηχανισμών διασύνδεσης, αναλόγως των εμβολιαζόμενων ομάδων που φέρουν στον αλγινικό πολυσακχαρίτη: 

1. Οι υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις των θερμοευαίσθητων πλευρικών αλυσίδων σε θερμοκρασία υψηλότερη της κρίσιμης θερμοκρασίας σχηματισμού υδροπηκτώματος, η οποία ισούται με ~24 ^oC, 

2. Ο σχηματισμός βορονικών εστέρων μεταξύ του βορονικού οξέος και των διολών του αλγινικού νατρίου σε φυσιολογικό pH και 

3. Οι ιοντικές αλληλεπιδράσεις των καρβοξυλικών ομάδων του αλγινικού με τα ιόντα ασβεστίου. 

Τα αναπτυσσόμενα υδροπηκτώματα παρουσιάζουν εξαιρετική βιοσυμβατότητα και μη-τοξικότητα όπως παρουσιάζεται από μελέτες με κυτταρικές σειρές όπως, ανθρώπινα εμβρυικά νεφρικά κύτταρα (HEK 293T) ή ανθρώπινα κύτταρα περιόστεου (hPDC). Οι υδρογέλες παρουσιάζουν δυνατότητα ενεσιμότητας, τρισδιάστατης εκτύπωσης και αυτο-ίασης. 

 Τα υδροπηκτώματα του NaALG-g-P(NIPAM-co-NtBAM) καθώς και τα ημι-διεισδυόμενα δίκτυα των NaALG-g-P(NIPAM-co-NtBAM)/ΝaALG-g-ΒΑ χρησιμοποιούνται σαν τρισδιάστατα εκτυπωμένα υλικά που συμβάλλουν στην ανάπτυξη κυτταρικών σφαιριδίων. Ιδιαίτερα, το προερχόμενο υδροπήκτωμα από την απλή ανάμειξη των NaALG-g-P(NIPAM-co-NtBAM) και NaALG-g-ΒΑ, συμβάλει ως προς των σχηματισμό εστέρων μεταξύ των βορονικών ομάδων και των διολών στον γλυκοκάλυκα των κυττάρων, ενισχύοντας τον σχηματισμό κυτταρικών συσσωματωμάτων. Τα παραπάνω υδροπηκτώματα μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές μηχανικής ιστών ή για προκλινικό έλεγχο φαρμάκων. 

Το υδροπήκτωμα του διπλά εμβολιασμένου πολυσακχαρίτη, NaALG-g₁-P(NIPAM-co-NtBAM)-g₂-BA παρουσιάζει ενέσιμες ιδιότητες και χρησιμοποιείται ως φορέας φαρμάκου παρουσία γλυκόζης. Το μόριο της γλυκόζης φέρει διόλες και δρα ανταγωνιστικά στους σχηματιζόμενους βορονικούς εστέρες του τρισδιάστατου δικτύου. Το παραπάνω υδροπήκτωμα μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε εφαρμογές ελεγχόμενης μεταφοράς φαρμάκων για διαβήτη τύπου Ι.