text size

Novel hybrid polysaccharide-based polymers for biomedicine

Notice: I hereby declare that I am aware that the information acquired from theses published by Charles University may not be used for commercial purposes or may not be published for educational, scientific or other creative activities as activities of person other than the author.
Title:
Novel hybrid polysaccharide-based polymers for biomedicine
Title (in czech):
Nové hybridní polymerní materiály na bázi polysacharidů využitelné v biomedicíně
Type:
Dissertation
Author:
Bc. Lenka Loukotová
Supervisor:
Mgr. Martin Hrubý, Ph.D.
Opponents:
Ing. Zdeňka Sedláková, CSc.
doc. RNDr. Pavla Poučková, CSc.
Thesis Id:
155565
Faculty:
Faculty of Science (PřF)
Department:
Department of Physical and Macromolecular Chemistry (31-260)
Study programm:
Macromolecular Chemistry (P1405)
Study branch:
-
Degree granted:
Ph.D.
Defence date:
18/12/2018
Defence result:
Pass
Language:
English
Keywords (in czech):
β-glukan, κ-karagenan, poly(2-alkyl-2-oxazolin), multimodální léčba rakoviny, imunoterapie, radioterapie
Keywords:
β-glucan, κ-carrageenan, poly(2-alkyl-2-oxazoline), multimodal cancer therapy, immunotherapy, radiotherapy
Abstract (in czech):
Abstrakt Tato disertační práce je zaměřena na syntézu a charakterizaci nových hybridních polymerních materiálů využitelných pro biomedicínální aplikace, konkrétně pro koncepčně novou bimodální léčbu rakoviny – imunoradioterapii. Pro tento účel byly vybrány polysacharidy β-glukan z Auricularia auricula-judae a κ-karagenan z Kappaphycus alvarezii, vykazující imunostimulační a protirakovinné účinky, přičemž tyto polymery byly následně roubovány termoresponzivním poly(2-izopropyl-2-oxazolin-co-2-butyl-2-oxazolin)em (POX) (s různými délkami a hustotami graftů), který způsobuje tzv. dolní kritickou rozpouštěcí teplotu roztoku. Termoresponzivní chování výsledných polymerů bylo následně studováno pomocí teplotně závislých měření rozptylu světla, fluorescence a také nukleární magnetické rezonance, přičemž pro zamýšlenou aplikaci byl vybrán polymer s nejvhodnějšími termoresponzivními vlastnostmi, schopný po intratumorální injekci polymerního roztoku vytvořit v místě vpichu polymerní depo. Vybraný polymer β-glukan-graft-POX s délkou graftů 2500 Da byl poté modifikován tak, aby na konci jednotlivých graftů byla skupina 1,4,7,10- tetraazacyklododekan-1,4,7,10-tetraoctová kyselina nebo fluorescenční barvivo Dyomics-615. Imunostimulační vlastnosti a rychlost endocytózy takto modifikovaného polymeru byly testovány in vitro. Poté byl vybraný polymer označen radioaktivním ytriem-90(III) a použit v in vivo experimentu, zkoumajícím protinádorovou účinnost. Tento experiment demonstroval neobyčejný úspěch léčby pomocí imunoradioterapie – cca 50 % myší, majících původně EL4 lymfom, bylo zcela vyléčeno. Tento vyjímečný úspěch byl pravděpodobně způsoben významným synergickým účinkem imunoradioterapeutické léčby v porovnání s léčbou pouze radioterapeutickou nebo imunoterapeutickou. Navíc, speciální pozornost v této práci je věnována polymerům κ-karagenan-graft-POX, které kromě požadovaných biologických vlastností vykazují také responzivitu na přítomnost draselných kationtů a ještě velmi zajímavé ,,schizofrenní” termoresponzivní chování ve vodných roztocích, neboť u nich byla pozorovaná dolní i horní kritická rozpouštěcí teplota roztoku. Klíčová slova: β-glukan, κ-karagenan, poly(2-alkyl-2-oxazolin), multimodální léčba rakoviny, imunoterapie, radioterapie. 1
Abstract:
Abstract This doctoral thesis is focused on the synthesis and characterization of novel hybrid polysaccharide-based polymers applicable for biomedicine, specifically for a conceptually new bimodal cancer treatment – immunoradiotherapy. For this purpose, polysaccharides β-glucan from Auricularia auricula-judae and κ-carrageenan from Kappaphycus alvarezii, exhibiting immunostimulatory and anticancer activities, were chosen to be grafted with thermoresponsive poly(2-isopropyl-2-oxazoline-co-2-butyl-2-oxazoline)s (POXs) (with different graft lengths and grafting densities) that induced a lower critical solution temperature of the final polymers. The thermoresponsive behavior of resulting polymers was studied with temperature-dependent light scattering methods, fluorescence measurements and also nuclear magnetic spectroscopy to select a polymer material with the most suitable properties for the intended application, aiming at a polymer depot formation after the injection of a polymer solution into the body. The chosen polymer, β-glucan-graft-POX with graft length of 2500 Da, was then modified to bear 1,4,7,10-tetraazacyclododecane-1,4,7,10- tetraacetic acid and a fluorescent dye Dyomics-615 at the graft ends and tested first in vitro to investigate its immunostimulatory properties and also the cellular uptake. Subsequently, the polymer was radiolabeled with yttrium-90(III) and used in the in vivo antitumor efficiency experiment on mice with EL4 lymphoma, demonstrating an extraordinary treatment success (~ 50 % cured mice), which was probably caused by a considerable synergistic effect of using immunoradiotherapy compared to separate use of immunotherapy or radiotherapy. Furthermore, a special attention was dedicated to the characterization of κ-carrageenan-graft- POXs, which showed except for the above mentioned desired biological properties also a sensibility to the presence of potassium cations and an interesting “schizophrenic” thermoresponsive behavior with both lower and upper critical solution temperatures in aqueous environment. Keywords: β-glucan, κ-carrageenan, poly(2-alkyl-2-oxazoline), multimodal cancer therapy, immunotherapy, radiotherapy. 1
Documents
Download Document Author Type File size
Download Text of the thesis Bc. Lenka Loukotová 16.72 MB
Download Abstract in czech Bc. Lenka Loukotová 151 kB
Download Abstract in english Bc. Lenka Loukotová 137 kB
Download Autoreferat / doctoral thesis summary Bc. Lenka Loukotová 342 kB
Download Opponent's review Ing. Zdeňka Sedláková, CSc. 193 kB
Download Opponent's review doc. RNDr. Pavla Poučková, CSc. 273 kB
Download Defence's report 1.02 MB