Polymer Protected Gold Nanoparticles

Polymer protected gold nanoparticles have successfully been synthesized by both "grafting-from" and "grafting-to" techniques. The synthesis methods of the gold particles were systematically studied. Two chemically different homopolymers were used to protect gold particles: thermo-responsive poly(N-isopropylacrylamide), PNIPAM, and polystyrene, PS. Both polymers were synthesized by using a controlled/living radical polymerization process, reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization, to obtain monodisperse polymers of various molar masses and carrying dithiobenzoate end groups. Hence, particles protected either with PNIPAM, PNIPAM-AuNPs, or with a mixture of two polymers, PNIPAM/PS-AuNPs (i.e., amphiphilic gold nanoparticles), were prepared. The particles contain monodisperse polymer shells, though the cores are somewhat polydisperse. Aqueous PNIPAM-AuNPs prepared using a "grafting-from" technique, show thermo-responsive properties derived from the tethered PNIPAM chains. For PNIPAM-AuNPs prepared using a "grafting-to" technique, two-phase transitions of PNIPAM were observed in the microcalorimetric studies of the aqueous solutions. The first transition with a sharp and narrow endothermic peak occurs at lower temperature, and the second one with a broader peak at higher temperature. In the first transition PNIPAM segments show much higher cooperativity than in the second one. The observations are tentatively rationalized by assuming that the PNIPAM brush can be subdivided into two zones, an inner and an outer one. In the inner zone, the PNIPAM segments are close to the gold surface, densely packed, less hydrated, and undergo the first transition. In the outer zone, on the other hand, the PNIPAM segments are looser and more hydrated, adopt a restricted random coil conformation, and show a phase transition, which is dependent on both particle concentration and the chemical nature of the end groups of the PNIPAM chains. Monolayers of the amphiphilic gold nanoparticles at the air-water interface show several characteristic regions upon compression in a Langmuir trough at room temperature. These can be attributed to the polymer conformational transitions from a pancake to a brush. Also, the compression isotherms show temperature dependence due to the thermo-responsive properties of the tethered PNIPAM chains. The films were successfully deposited on substrates by Langmuir-Blodgett technique. The sessile drop contact angle measurements conducted on both sides of the monolayer deposited at room temperature reveal two slightly different contact angles, that may indicate phase separation between the tethered PNIPAM and PS chains on the gold core. The optical properties of amphiphilic gold nanoparticles were studied both in situ at the air-water interface and on the deposited films. The in situ SPR band of the monolayer shows a blue shift with compression, while a red shift with the deposition cycle occurs in the deposited films. The blue shift is compression-induced and closely related to the conformational change of the tethered PNIPAM chains, which may cause a decrease in the polarity of the local environment of the gold cores. The red shift in the deposited films is due to a weak interparticle coupling between adjacent particles. Temperature effects on the SPR band in both cases were also investigated. In the in situ case, at a constant surface pressure, an increase in temperature leads to a red shift in the SPR, likely due to the shrinking of the tethered PNIPAM chains, as well as to a slight decrease of the distance between the adjacent particles resulting in an increase in the interparticle coupling. However, in the case of the deposited films, the SPR band red-shifts with the deposition cycles more at a high temperature than at a low temperature. This is because the compressibility of the polymer coated gold nanoparticles at a high temperature leads to a smaller interparticle distance, resulting in an increase of the interparticle coupling in the deposited multilayers.

11β-Hydroxysteroid dehydrogenase inhibitors and selectivity modeling of 11β-HSDs

11β-hydroksisteroididehydrogenaasientsyymit (11β-HSD) 1 ja 2 säätelevät kortisonin ja kortisolin määrää kudoksissa. 11β-HSD1 -entsyymin ylimäärä erityisesti viskeraalisessa rasvakudoksessa aiheuttaa metaboliseen oireyhtymän klassisia oireita, mikä tarjoaa mahdollisuuden metabolisen oireyhtymän hoitoon 11β-HSD1 -entsyymin selektiivisellä estämisellä. 11β-HSD2 -entsyymin inhibitio aiheuttaa kortisonivälitteisen mineralokortikoidireseptorien aktivoitumisen, mikä puolestaan johtaa hypertensiivisiin haittavaikutuksiin. Haittavaikutuksista huolimatta 11β-HSD2 -entsyymin estäminen saattaa olla hyödyllistä tilanteissa, joissa halutaan nostaa kortisolin määrä elimistössä. Lukuisia selektiivisiä 11β-HSD1 inhibiittoreita on kehitetty, mutta 11β-HSD2-inhibiittoreita on raportoitu vähemmän. Ero näiden kahden isotsyymin aktiivisen kohdan välillä on myös tuntematon, mikä vaikeuttaa selektiivisten inhibiittoreiden kehittämistä kummallekin entsyymille. Tällä työllä oli kaksi tarkoitusta: (1) löytää ero 11β-HSD entsyymien välillä ja (2) kehittää farmakoforimalli, jota voitaisiin käyttää selektiivisten 11β-HSD2 -inhibiittoreiden virtuaaliseulontaan. Ongelmaa lähestyttiin tietokoneavusteisesti: homologimallinnuksella, pienmolekyylien telakoinnilla proteiiniin, ligandipohjaisella farmakoforimallinnuksella ja virtuaaliseulonnalla. Homologimallinnukseen käytettiin SwissModeler -ohjelmaa, ja luotu malli oli hyvin päällekäinaseteltavissa niin templaattinsa (17β-HSD1) kuin 11β-HSD1 -entsyymin kanssa. Eroa entsyymien välillä ei löytynyt tarkastelemalla päällekäinaseteltuja entsyymejä. Seitsemän yhdistettä, joista kuusi on 11β-HSD2 -selektiivisiä, telakoitiin molempiin entsyymeihin käyttäen ohjelmaa GOLD. 11β-HSD1 -entsyymiin yhdisteet kiinnittyivät kuten suurin osa 11β-HSD1 -selektiivisistä tai epäselektiivisistä inhibiittoreista, kun taas 11β-HSD2 -entsyymiin kaikki yhdisteet olivat telakoituneet käänteisesti. Tällainen sitoutumistapa mahdollistaa vetysidokset Ser310:een ja Asn171:een, aminohappoihin, jotka olivat nähtävissä vain 11β-HSD2 -entsyymissä. Farmakoforimallinnukseen käytettiin ohjelmaa LigandScout3.0, jolla ajettiin myös virtuaaliseulonnat. Luodut kaksi farmakoforimallia, jotka perustuivat aiemmin telakointiinkin käytettyihin kuuteen 11β-HSD2 -selektiiviseen yhdisteeseen, koostuivat kuudesta ominaisuudesta (vetysidosakseptori, vetysidosdonori ja hydrofobinen), ja kieltoalueista. 11β-HSD2 -selektiivisyyden kannalta tärkeimmät ominaisuudet ovat vetysidosakseptori, joka voi muodostaa sidoksen Ser310 kanssa ja vetysidosdonori sen vieressä. Tälle vetysidosdonorille ei löytynyt vuorovaikutusparia 11β-HSD2-mallista. Sopivasti proteiiniin orientoitunut vesimolekyyli voisi kuitenkin olla sopiva ratkaisu puuttuvalle vuorovaikutusparille. Koska molemmat farmakoforimallit löysivät 11β-HSD2 -selektiivisiä yhdisteitä ja jättivät epäselektiivisiä pois testiseulonnassa, käytettiin molempia malleja Innsbruckin yliopistossa säilytettävistä yhdisteistä (2700 kappaletta) koostetun tietokannan seulontaan. Molemmista seulonnoista löytyneistä hiteistä valittiin yhteensä kymmenen kappaletta, jotka lähetettiin biologisiin testeihin. Biologisien testien tulokset vahvistavat lopullisesti sen kuinka hyvin luodut mallit edustavat todellisuudessa 11β-HSD2 -selektiivisyyttä.