Nanočástice polyesterů selektivně degradovatelných reaktivními formami kyslíku pro cílenou dopravu léčiv do zanícené a nádorové tkáně

• Thesis title in Czech: Nanočástice polyesterů selektivně degradovatelných reaktivními formami kyslíku pro cílenou dopravu léčiv do zanícené a nádorové tkáně
• Thesis title in English: Polyester nanoparticles selectively degradable by reactive oxygen species for targeted drug delivery to inflamed and tumor tissues
• Key words: polyester, reaktivní formy kyslíku, ferrocen, dopravní systémy pro léčiva, zánět, nádorová onemocnění
• English key words: polyester, reactive oxygen species, ferrocene, drug delivery systems, inflammation, cancer
• Academic year of topic announcement: 2020/2021
• Thesis type: Bachelor's thesis
• Thesis language: čeština
• Department: Department of Physical and Macromolecular Chemistry (31-260)
• Supervisor: prof. Mgr. Martin Hrubý, Ph.D., DSc.

Guidelines

Bude upřesněno školitelem.

References

1, Anita Höcherl, Eliézer Jäger, Alessandro Jäger, Martin Hrubý, Rafał Konefał, Olga Janoušková, Jiří Spěváček, Yaming Jiang, Peter W. Schmidt, Timothy P. Lodge and Petr Štěpánek: One-pot synthesis of reactive oxygen species (ROS)-self-immolative polyoxalate prodrug nanoparticles for hormone dependent cancer therapy with minimized side effects.Polym. Chem., 2017,8, 1999-2004, DOI: 10.1039/C7PY00270J.
2, Jiří Vohlídal: Makromolekulární chemie. Univerzita Karlova, Praha 1995.

Preliminary scope of work

Nádorová a zanícená tkáň je charakterizována kromě jiného řádově vyššími koncentracemi reaktivních forem kyslíku (ROS, někdy ne úplně přesně nazývané reaktivní kyslíkové radikály) jako je superoxid, peroxid vodíku nebo chlornan, než je tomu u zdravých tkání. Toho lze využít pro přípravu nanočástic pro cílenou dopravu léčiv do takto poškozených tkání, kde spouštěčem degradace jsou právě ROS. Tématem práce je příprava polyesterů, které mají v hlavním řetězci zabudovanou ferrocenovou jednotku. Ferrocenová jednotka je ROS zoxidována na ferroceniovou, což vede k hydrofilizaci a následné degradaci řetězce (ferrocenium je na rozdíl od ferrocenu hydrolyticky labilní). Degradací se uvolní ionty železa, které autokatalyticky zrychlí oxidaci dalších ferrocenových jednotek Fentonovskou katalýzou. Vlastní řetězec polyesteru bude založen na poly(propylen sukcinátu) nebo poly(proplylem oxalátu), kde druhý jmenovaný je oxidativně degradovatelný rovněž na oxalátové jednotce. Z těchto polymerů budou na mikrofluidickém čipu připraveny definované nanočástice, které budou po zabudování léčiva charakterizovány pokročilými instrumentálními metodami a bude studována jejich degradace in vitro a in vitro uvolnění léčiva. Optimalizovaný systém pak bude poskytnut na spolupracující biologické pracoviště k otestování.
Zásady pro vypracování:
1, Seznamte se s problematikou polymerních „drug delivery“ systémů a nádorových nanoterapeutik, syntézou polyesterů polykondenzací a polymerizací s otevíráním kruhu, gelovou permeační chromatografií, mikrofluidikou, nukleární magnetickou resonancí, elektronovou paramagnetickou rezonancí a metodami statického a dynamického rozptylu světla.
2, Vypracujte stručnou rešerši na problematiky uvedené v bodu 1.
3, Seznamte se s experimentálními technikami využívanými u problematik uvedených v bodu 1.
4, Připravte ROS-responsivní biodegradovatelný polyesterový dopravní systém pro vybrané léčivo.

Preliminary scope of work in English

Tumor and inflamed tissue are characterized, inter alia, by orders of magnitude higher concentrations of reactive oxygen species (ROS, sometimes not exactly called reactive oxygen radicals) such as superoxide, hydrogen peroxide or hypochlorite than in healthy tissues. This can be used for the preparation of nanoparticles for the targeted delivery of drugs to such damaged tissues, where the trigger for degradation are the ROS. The topic of the work is the preparation of polyesters, which have a ferrocene unit built into the main chain. The ferrocene unit is oxidized by ROS to ferrocenium unit, which leads to hydrophilization and subsequent chain degradation (ferrocenium, unlike ferrocene, is hydrolytically labile). Degradation releases iron ions, which autocatalytically accelerate the oxidation of other ferrocene units by Fenton catalysis. The polyester chain itself will be based on poly(propylene succinate) or poly (propylene oxalate), the latter being oxidatively degradable also on the oxalate unit. From these polymers, defined nanoparticles will be prepared on a microfluidic chip. These nanoparticles will be characterized by advanced instrumental methods after drug incorporation and their degradation in vitro and in vitro drug release will be studied. The optimized system will then be provided to a collaborating biological facility for testing.
Principles for elaboration:
1, Get familiar with the problems of polymeric drug delivery systems and tumor nanotherapeutics, synthesis of polyesters by polycondensation and ring-opening polymerization, gel permeation chromatography, microfluidics, nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance and static and dynamic light scattering methods.
2, Make a brief literature search on the issues mentioned in point 1.
3, Familiarize yourself with the experimental techniques used in the issues listed in point 1.
4, Prepare a ROS-responsive biodegradable polyester delivery system for the selected drug.