Development of ethylene oxide and propylene oxide copolymer based nanoparticles for enhancing analysis and intracellular delivery of some biologically active substances

Abstract

Etilen oksit ve propilen oksit blok kopolimerler(Pluronic) kendilerine özgü fizikokimyasal ve biyolojik özellikleri nedeniyle biyouyumlu malzemeler ve özellikle yeni ilaç taşıma sistemleri geliştirme alanlarında oldukça dikkat çekmektedir. Bu çalışma, düşük moleküler ağırlıklı ilaçların hücre içine taşınması; biyomoleküllerin ve canlı hücrelerin YZRS (Yüzeyde Zenginleştirilmiş Raman Saçılması) analizi için Pluronic temelli nanoparçacıkların yapımı üzerinedir.Şimdiye kadar polimer yapısının ve yeni kimyasal gruplar eklenmesinin Pluronic'lerin biyolojik aktivitesine etkisi hakkında çok az şey biliniyordu. Bu çalışmada değişik yapıdaki Pluronic'ler terminal karboksil gruplarıyla modifiye edilmiştir. Hücre toksisitesi deneylerine göre karboksil modifiyeli Pluronic'lerin insan hücrelerine toksik etkisi, modifiye olmamış polimerlere göre çok daha azdır. Aynı zamanda, karboksil grubunun eklenmesi Pluronic'in, antikanser ilacı doxorubicin'in MDR insan hücrelerine karşı toksisitesini artırması özelliğini etkilememiştir. Modifiye edilmiş Pluronic'lerin hücresel ATP seviyesini, hücre zarı akışkanlığını ve doxorubicin-Pluronic kompleksinin hücre içindeki lokalizasyonunu etkilediği gözlemlenmiştir. Bu sonuçlara dayanarak Pluronic'lerin farmakolojik etkilerini açıklayan muhtemel mekanizmalar ileri sürülmüştür.YZRS probları üretmek için sitratla indirgenmiş gümüş nanoparçacıklar farklı yapılardaki Pluronic'lerle ince bir katman oluşturularak modifiye edilmiştir. Bu modifikasyon belirli florasans boyaların ve aromatik yapıdaki metabolitlerin prob ile etkileşimlerinin artması sebebiyle YZRS sinyalinde önemli ölçüde artışa neden olmuştur. Polymer ile modifiye edilmiş nanoparçacıklar, hücrelerden etraflarındaki besiyerine salınan Rhodamine 6G ve Adenin olması muhtemel belirli hücresel metabolitlerin YZRS ölçümleri için kullanılmıştır. Bu çalışmadan elde edilen sonuçlar, ilaçların, florasans boyaların ve hücresel metabolitlerin analizi için kullanılacak YZRS metodlarının geliştirilmesinde özellikle önem taşımaktadır.

Owing to their unique physicochemical and biological properties ethylene oxide and propylene oxide block copolymers (Pluronics) are of considerable interest in the field of development of biocompatible materials and especially new drug delivery systems. Present work is dedicated to the construction of Pluronic-based nanoparticles for intracellular delivery of low molecular weight drugs and SERS analysis of biomolecules and living cells.So far, very little is known about the effect of polymer structure and introduction of chemical groups on biological properties of Pluronics. In this study Pluronics of different structure were modified with terminal carboxylic groups. According to cytotoxicity study, modified Pluronics were much less toxic for human cells than unmodified polymers. At the same time, introduction of carboxylic group did not affect the ability of Pluronic to increase cytotoxicity of anticancer drug doxorubicin towards MDR human cells. We ascertained an effect of modified Pluronics on cellular ATP level and membrane fluidity as well as localization of doxorubicin-Pluronic complexes inside the cells. On the basis of our results, some probable mechanisms of pharmacological effects of Pluronics were proposed.In order to fabricate SERS probes citrate-stabilized silver nanoparticles were modified with a thin layer of Pluronics of different structure. Such a modification resulted in significant amplification of SERS signal of certain fluorescent dyes and metabolites of aromatic nature probably due to the promotion of their interaction with the probe. Polymer-modified nanoparticles were applied for SERS detection rhodamine 6G released from cells into surrounding medium and certain cellular metabolites which presumably correspond to adenine nucleotides. The results obtained in this study are of particular interest for the development of informative SERS assays for analysis of drugs, fluorescent dyes and cellular metabolites.