MDN Hana Šourková 7.1.2015 NANOMATERIÁLY - TUL Beyond the lipid-bilayer: interaction of polymers and nanoparticles with membranes DOI: 10.1039/c2sm06999g MDN Hana Šourková 7.1.2015 NANOMATERIÁLY - TUL

Dvojvrstvé membrány Vyrobeny z lipidů→ liposomy (5 nm) polymerů→ polymerosomy (rok 2005) Polymerosomy z amfifilních polymerů Syntetické analogy liposomů zvýšené tloušťky, nabízejí větší variabilitu (permeabilita, modul pružnosti, tuhost – fyz.chem. vlastnosti) Z blokových kopolymerů (tri) 10-50 nm – zvýšení stability Složité nastavení poměrů MW hydro-filní/fóbních pro správnou funkci membrány (selektivní tok) Sestavení do tvaru „váčků“, membrány – dle různých metod syntézy

Interakce mezi lipidovou membránou a nanočásticemi Funkcionalizované nanočástice (např. hydrofóbní …) → ovlivňují mezibuněčnou absorpci, dopravu léčiv, deformují membránu Umístěním NP v membráně → snížení cytotoxicity, biolog. kompatibilita Interakce s membránou – hydro-filními/fóbními interakcemi (umístění - in/out)→ 2 vrstvá permeabilita,

Změny v membráně Probíhají i v živých buňkách Nižší teplota rozkladu membrány → uvolnění (částic, léčiv…) úměrná počtu vložených částic, NP → hydrofóbního char. < 8 nm, umístěny uvnitř NP – SPIONs (Fe2O3), Au, Cd do vrstvy kys. olejové… 1) QD 2) Au – 2nm v membráně

NP v lipidové membráně – membránové deformace Hydrofobní NP → uvnitř lipidové membrány → „unzip“- rozrušení dvojvrstvy – volný prostor mezi NP → agregace částic Při větších velikostech – stahují NP alkylové konce → rozrušení membrány

NP v lipidové membráně - velikost NP NP s povrchovým nábojem (CdSe) → narušení membrány → pórovitost, překlopení plochy, depolarizace memb. → změna tvaru membrány → váčky, tubuly…, změna úhlu skupin „hlavy“ →zvýšení hustoty → zvýšení pevnosti membr. – dle typu memb. a NP Velikost NP určuje místo zabudování částice (Au s dodekanthiolem 5,7 nm do dvojvrstvy, větší dispergace do vody pomocí monovrstvy) Dle simulací, lze do memb. zabudovat i částice (upravené) o velikosti větší než je průměr membrány, díky změnám v interagované části membrány

Interakce mezi polymerosomy s nanočásticemi Vyšší variabilita pro nastavení vhodné interakce s NP (dispergace NP, uložení do mezivrstvy), indukce „self-assembly“ kopolymeru kolem NP do membrány NP na povrchu → mohou indukovat tvorbu můstků mezi sousedními dvojvrstvami→ vícevrstvé dvojvrstvy

Interakce mezi polymerosomy s nanočásticemi - příklady Kladná membrána + negativní SiO2 (na povrchu) → zvýšení tuhosti membrány bez poškození její dutosti → doprava léčiv Vložením NP do membrány → rozpad na micely nebo → zvýšení její šířky např. (2,4 nm na 6,1 nm (PEO-b-PBO)) Interakcí NP s membránou → zvýšení funkčnosti, mechanické pevnost

Interakce syntetických polymerů s lipidovou membránou Buněčné membrány = selektivní bariéra – regulace dopravy mezi vnějším a vnitřním prostředí buňky chrání proti cizím látkám Začleněním syntetických makromolekul → drastická změna fyz-chem. vlastností membrány

Interakce syntetických polymerů s lipidovou membránou Hydro-fóbní/filní interakce – s polymery (hydro-fóbními/filními, amfifilními – kopolymery Coloumbické reakce – nabité polymery (reakce závislá na pH), velice silné interakce – reorganizace →rozrušení membrány, blokace, migrace mezi vrstvami „flip-flop“

Interakce syntetických polymerů s lipidovou membránou Snížení/zvýšení elektrostatické negativity (ξ-potenciálu) – spojení / rozpad micel

Interakce syntetických polymerů s lipidovou membránou Změny rozpustnosti, morfologie, změna vnitřního tlaku (vtažení částí řetězce) Překročením kritické koncentrace určitých polymerů → vznik smíšené micely Vznik pórů (1-5nm) reakcí s UV→ uvolnění léčiv

Hybridní lipid-polymerní membrány Umělé Vezikuly (transportní váček = membránový váček) malá vnitrobuněčná struktura obklopená fosfolipidovou membránou → skladování a transportovat složitějších organických látek – doprava léčiv Biofunkcionalizace liposomů

Shrnutí Studium interakce NP s lipidovou membránou → vstup a šíření NP, reakce s buňkami → vliv na membránu: narušení, ovlivnění (zvlnění) Použití molekulární dynamiky – simulace chování Výzkum pro predikci chování NP v lidském těle (menší – větší toxicita díky narušení membrány (póry, změna formace membrány…) Využití NP pro biomedicínské aplikace Navázaní polymerů – pro farmaceutické účely (umělé vezikuly) Porozumění a návrh dalších antibakteriálních přípravků (kationtové polymery)

Děkuji za pozornost