Structural, functional and immunological studies on a polymeric bacterial protein

The characterization of proteins from Brucella spp, the causative agent of brucellosis, has been the subject of intensive research. We have described an 18-kDa cytoplasmic protein of Brucella abortus and shown the potential usefulness of this protein as an antigen for the serologic diagnosis of brucellosis. The amino acid sequence of the protein showed a low but significant homology with that of lumazine synthases. Lumazine is an intermediate product in bacterial riboflavin biosynthesis. The recombinant form of the 18-kDa protein (expressed in E. coli) folds like the native Brucella protein and has lumazine-synthase enzymatic activity. Three-dimensional analysis by X-ray crystallography of the homolog Bacillus subtilis lumazine synthase has revealed that the enzyme forms an icosahedral capsid. Recombinant lumazine synthase from B. abortus was crystallized, diffracted X rays to 2.7-Å resolution at room temperature, and the structure successfully solved by molecular replacement procedures. The macromolecular assembly of the enzyme differs from that of the enzyme from B. subtilis. The Brucella enzyme remains pentameric (90 kDa) in its crystallographic form. Nonetheless, the active sites of the two enzymes are virtually identical at the structural level, indicating that inhibitors of these enzymes could be viable pharmaceuticals across a broad species range. We describe the structural reasons for the differences in their quaternary arrangement and also discuss the potential use of this protein as a target for the development of acellular vaccines.

Polymeric micelles as versatile carriers for drugs and nucleic acids

Le cancer est la principale cause de mortalité au Canada. Les taxanes (e.g. le paclitaxel et le docétaxel (DCTX)) constituent des remèdes efficaces contre une série de tumeurs solides telles que les cancers du sein, du poumon et de l’ovaire. Par ailleurs, des acides nucléiques (e.g. les oligonucléotides antisens (AON) ou les petits ARN interférents (siRNAs)), capables de supprimer sélectivement certains oncogènes impliqués dans la carcinogénèse, sont actuellement étudiés pour traiter une large gamme de cancers. Bien que l’activité des taxanes et des acides nucléiques soit bien établie sur des modèles humains et/ou animaux, plusieurs aspects physico-chimiques et cliniques restent encore à améliorer. Leur solubilité limitée (pour les taxanes), leur dégradation rapide dans le sang (pour les acides nucléiques), leur élimination précoce, leur absence de sélectivité et leur toxicité envers les tissus sains sont les principaux facteurs limitant leur efficacité. C’est pourquoi de nombreux efforts ont porté sur l’élaboration de systèmes de vectorisation ciblés à base de polymères, dans le but de surmonter les problèmes associés aux thérapies actuelles. Dans cette thèse, deux types de micelles polymères ont été développés pour la vectorisation de DCTX et d’acides nucléiques. D’une part, des micelles de poly(oxyde d’éthylène)-bloc-poly(oxyde de butylène/styrène) ont été étudiées pour la première fois pour solubiliser le DCTX et le protéger de l’hydrolyse. Ces polymères se sont révélés moins toxiques que le surfactant utilisé commercialement pour solubiliser le DCTX (i.e. polysorbate 80) et ont permis une libération prolongée du principe actif. D’autre part, deux systèmes différents de micelles polyioniques (PICM) ont été mis au point pour la vectorisation d’acides nucléiques. De nouveaux conjugués de poly(éthylène glycol) (PEG)-oligonucléotide ont été proposés pour la protection et la libération contrôlée d’AON. Lorsque ces conjugués ont été formulés avec des dendrimères de poly(amidoamine) (PAMAM), des complexes de taille homogène ont été obtenus. Ces PICM ont permis de prolonger la libération de l’AON et de le protéger efficacement contre la dégradation enzymatique. De plus, des polymères de poly(oxyde d’éthylène)-bloc-poly(méthacrylate de propyle-co-acide méthacrylique) ont été incorporés afin de conférer des propriétés acido-sensibles aux PICM. Dans ces micelles, formées de ce dernier polymère formulé avec le dendrimère PAMAM, des oligonucléotides (AON et siRNA) ciblant l’oncogène Bcl-2 ont été encapsulés. L’internalisation cellulaire fut assurée par un fragment d’anticorps monoclonal (Fab’) situé à l’extrémité de la couronne de PEG. Après l’internalisation cellulaire et la protonation des unités d’acide méthacrylique sous l’effet de l’acidification des endosomes, les micelles se sont affranchies de leur couronne. Elles ont ainsi exposé leur cœur composé d’acide nucléique et de dendrimère PAMAM, qui possède une charge positive et des propriétés endosomolytiques. En effet, ces PICM acido-sensibles ciblées ont permis d’augmenter la biodisponibilité des acides nucléiques vectorisés et se sont avérées plus efficaces pour silencer l’oncoprotéine Bcl-2 que les micelles non ciblées ou que le dendrimère de PAMAM commercial seul. Finalement, les nanovecteurs polymères présentés dans cette thèse se révèlent être des systèmes prometteurs pour la vectorisation des anticancéreux et des acides nucléiques.

Synthesis of Zinc oxide nanorods via conductive polymeric template and its potential application in hybrid solar cells.

Tesis (Doctorado en Ciencias con orientación en Química de los Materiales) UANL, 2014.

Development and characterization of polymeric nanoparticles(NPs) made from functionalized poly (D,L- lactide) (PLA)polymers

Les nanoparticules polymériques biodégradable (NPs) sont apparues ces dernières années comme des systèmes prometteurs pour le ciblage et la libération contrôlée de médicaments. La première partie de cette étude visait à développer des NPs biodégradables préparées à partir de copolymères fonctionnalisés de l’acide lactique (poly (D,L)lactide ou PLA). Les polymères ont été étudiés comme systèmes de libération de médicaments dans le but d'améliorer les performances des NPs de PLA conventionnelles. L'effet de la fonctionnalisation du PLA par insertion de groupements chimiques dans la chaîne du polymère sur les propriétés physico-chimiques des NPs a été étudié. En outre, l'effet de l'architecture du polymère (mode d'organisation des chaînes de polymère dans le copolymère obtenu) sur divers aspects de l’administration de médicament a également été étudié. Pour atteindre ces objectifs, divers copolymères à base de PLA ont été synthétisés. Plus précisément il s’agit de 1) copolymères du poly (éthylène glycol) (PEG) greffées sur la chaîne de PLA à 2.5% et 7% mol. / mol. de monomères d'acide lactique (PEG2.5%-g-PLA et PEG7%-g-PLA, respectivement), 2) des groupements d’acide palmitique greffés sur le squelette de PLA à une densité de greffage de 2,5% (palmitique acid2.5%-g-PLA), 3) de copolymère « multibloc » de PLA et de PEG, (PLA-PEG-PLA)n. Dans la deuxième partie, l'effet des différentes densités de greffage sur les propriétés des NPs de PEG-g-PLA (propriétés physico-chimiques et biologiques) a été étudié pour déterminer la densité optimale de greffage PEG nécessaire pour développer la furtivité (« long circulating NPs »). Enfin, les copolymères de PLA fonctionnalisé avec du PEG ayant montré les résultats les plus satisfaisants en regard des divers aspects d’administration de médicaments, (tels que taille et de distribution de taille, charge de surface, chargement de drogue, libération contrôlée de médicaments) ont été sélectionnés pour l'encapsulation de l'itraconazole (ITZ). Le but est dans ce cas d’améliorer sa solubilité dans l'eau, sa biodisponibilité et donc son activité antifongique. Les NPs ont d'abord été préparées à partir de copolymères fonctionnalisés de PLA, puis ensuite analysés pour leurs paramètres physico-chimiques majeurs tels que l'efficacité d'encapsulation, la taille et distribution de taille, la charge de surface, les propriétés thermiques, la chimie de surface, le pourcentage de poly (alcool vinylique) (PVA) adsorbé à la surface, et le profil de libération de médicament. L'analyse de la chimie de surface par la spectroscopie de photoélectrons rayon X (XPS) et la microscopie à force atomique (AFM) ont été utilisés pour étudier l'organisation des chaînes de copolymère dans la formulation des NPs. De manière générale, les copolymères de PLA fonctionnalisés avec le PEG ont montré une amélioration du comportement de libération de médicaments en termes de taille et distribution de taille étroite, d’amélioration de l'efficacité de chargement, de diminution de l'adsorption des protéines plasmatiques sur leurs surfaces, de diminution de l’internalisation par les cellules de type macrophages, et enfin une meilleure activité antifongique des NPs chargées avec ITZ. En ce qui concerne l'analyse de la chimie de surface, l'imagerie de phase en AFM et les résultats de l’XPS ont montré la possibilité de la présence de davantage de chaînes de PEG à la surface des NPs faites de PEG-g-PLA que de NPS faites à partie de (PLA-PEG-PLA)n. Nos résultats démontrent que les propriétés des NPs peuvent être modifiées à la fois par le choix approprié de la composition en polymère mais aussi par l'architecture de ceux-ci. Les résultats suggèrent également que les copolymères de PEG-g-PLA pourraient être utilisés efficacement pour préparer des transporteurs nanométriques améliorant les propriétés de certains médicaments,notamment la solubilité, la stabilité et la biodisponibilité.

Polymeric nanoparticles : from microporosity and drug release kinetics to cellular interactions

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Thermal Conduction in Polymeric Nanofluids and Nanosolids Controlled by Interfacial Scattering:Solutions to Some Selected Problems

Dept.of Instrumentation,Cochin University of Science and Technology

Polymeric complexesSynthesis, Characterization and Analytical Applications

As the application of polymeric complexes is enormous, there exists a continuing interest in the synthesis and characterization of these complexes. The synthetic and characterization parts are very important in an academic point of view. Further in an application point of view also polymeric ligands/complexes are gaining attention.The thesis is divided in to six chapters, in which the first chapter gives an introduction along with a brief review on polymeric ligands/ complexes. The second chapter explains the different procedure adopted for the whole work along with the details of the reagents/ instruments used. The third chapter gives a report of the detailed study regarding the synthesis and characterization of eighteen complexes. While the fourth chapter is a report of the ion removal studies using three polymeric ligands, the fifth chapter explains the development of a polymeric complex as ion selective electrode material for the fabrication of a CC ion selective electrode. The sixth chapter presents the summary and tables, figures and references are given separately at the end.

A novel cation induced polymeric chain in Na-8[{Cu(gly)(2)}(2)]{H-2(H2W12O42)}] center dot 24H(2)O: hydrothermal synthesis, spectroscopic characterization and X-ray structure analysis

A novel bis(glycinato) copper(II) paradodecatungstate Na-8[{Cu(gly)(2)}(2)]-{H-2(H2W12O42)}] center dot 24H(2)O (1) has been synthesized under hydrothermal conditions. The crystal structure of 1 reveals an infinite one-dimensional chain along the [100] direction and is built from paradodecatungstate (H2W12O42)(10-) clusters joined through [Cu(gly)(2)] moieties. Parallel chains are interlinked by NaO6 octahedra to generate a two-dimensional network.

4,4 '-Dipyridyl-N,N '-dioxide complexes of metal-thiocyanate/selenocyanate: pi-stacked molecular rods as three-dimensional support for two-dimensional polymeric sheets and intra/interchain S center dot center dot center dot S interaction dependent architecture of the R-2(2)(8) synthon driven assembly of one-dimensional polymeric chains

Three supramolecular complexes of Co(II) using SCN-/SeCN- in combination with 4,4'-dipyridyl-N,N'-dioxide (dpyo), i.e., {[Co(SCN)(2)(dpyo)(2)].(dpyo)}(n) ( 1), {[Co(SCN)(2)(dpyo)(H2O)(2)].(H2O)}(n) ( 2), {[Co(SeCN)(2)(dpyo)(H2O)(2)]center dot(H2O)}(n) ( 3), have been synthesized and characterized by single-crystal X-ray analysis. Complex 1 is a rare example of a dpyo bridged two-dimensional (2D) coordination polymer, and pi-stacked dpyo supramolecular rods are generated by the lattice dpyo, passing through the rhombic grid of stacked layers, resulting in a three-dimensional (3D) superstructure. Complexes 2 and 3 are isomorphous one-dimensional (1D) coordination polymers [-Co-dpyo-Co-] that undergo self-assembly leading to a bilayer architecture derived through an R-2(2)(8) H-bonding synthon between coordinated water and dpyo oxygen. A reinvestigation of coordination polymers [Mn(SCN)(2)(dpyo)( H2O)(MeOH)](n) ( 4) and {[Fe(SCN)(2)(dpyo)(H2O)(2)]center dot(H2O)}(n) ( 5) reported recently by our group [ Manna et al. Indian J. Chem. 2006, 45A, 1813] reveals brick wall topology rather than bilayer architecture is due to the decisive role of S center dot center dot center dot S/Se center dot center dot center dot Se interactions in determining the helical nature in 4 and 5 as compared to zigzag polymeric chains in 2 and 3, although the same R-2(2)(8) synthon is responsible for supramolecular assembly in these complexes.

Syntheses, structural analyses, and magneto-structural correlations of three polymeric Fe(II) complexes with azide ligand

Three new metal-organic polymeric complexes, [Fe(N-3)(2)(bPP)(2)] (1), [Fe(N-3)(2)(bpe)] (2), and [Fe(N-3)(2)(phen)] (3) [bpp = (1,3-bis(4-pyridyl)-propane), bpe = (1,2-bis(4-pyridyl)-ethane), phen = 1,10-phenanthroline], have been synthesized and characterized by single-crystal X-ray diffraction studies and low-temperature magnetic measurements in the range 300-2 K. Complexes 1 and 2 crystallize in the monoclinic system, space group C2/c, with the following cell parameters: a = 19.355(4) Angstrom, b = 7.076(2) Angstrom, c = 22.549(4) Angstrom, beta = 119.50(3)degrees, Z = 4, and a = 10.007(14) Angstrom, b = 13.789(18) Angstrom, c = 10.377(14) Angstrom, beta = 103.50(1)degrees, Z = 4, respectively. Complex 3 crystallizes in the triclinic system, space group P (1) over bar, with a = 7.155(12) Angstrom, b = 10.066(14) Angstrom, c = 10.508(14) Angstrom, alpha = 109.57(1)degrees, beta = 104.57(1)degrees, gamma = 105.10(1)degrees, and Z = 2. All coordination polymers exhibit octahedral Fe(II) nodes. The structural determination of 1 reveals a parallel interpenetrated structure of 2D layers of (4,4) topology, formed by Fe(II) nodes linked through bpp ligands, while mono-coordinated azide anions are pendant from the corrugated sheet. Complex 2 has a 2D arrangement constructed through 1D double end-to-end azide bridged iron(11) chains interconnected through bpe ligands. Complex 3 shows a polymeric arrangement where the metal ions are interlinked through pairs of end-on and end-to-end azide ligands exhibiting a zigzag arrangement of metals (Fe-Fe-Fe angle of 111.18degrees) and an intermetallic separation of 3.347 Angstrom (through the EO azide) and of 5.229 Angstrom (EE azide). Variable-temperature magnetic susceptibility data suggest that there is no magnetic interaction between the metal centers in 1, whereas in 2 there is an antiferromagnetic interaction through the end-to-end azide bridge. Complex 3 shows ferro- as well as anti-ferromagnetic interactions between the metal centers generated through the alternating end-on and end-to-end azide bridges. Complex I has been modeled using the D parameter (considering distorted octahedral Fe(II) geometry and with any possible J value equal to zero) and complex 2 has been modeled as a one-dimensional system with classical and/or quantum spin where we have used two possible full diagonalization processes: without and with the D parameter, considering the important distortions of the Fe(II) ions. For complex 3, the alternating coupling model impedes a mathematical solution for the modeling as classical spins. With quantum spin, the modeling has been made as in 2.

Syntheses, crystal structures and magnetic properties of carboxylato-bridged polymeric networks of Mn-II

Three new carboxylato-bridged polymeric networks of Mn-II having molecular formula [Mn(ox)(dpyo)](n) (1), {[Mn-2(mal)(2)(bpee)(H2O)(2)]center dot 0.5(bpee)center dot 0.5(CH3OH)}n, (2) and {[Mn-3(btc)(2)(2,2'-bipy)(2)(H2O)(6)]center dot 4H(2)O}(n) (3) [dpyo, 4,4'-bipyridine N,N'dioxide; bpee, trans-1,2 bis(4-pyridyl) ethylene; 2,2'-bipy, 2,2'-bipyridine; ox = oxalate dianion; mal = malonate dianion; btc = 1,3,5-benzenetricarboxylate trianion] have been synthesized and characterized by single-crystal X-ray diffraction studies and low temperature magnetic measurements. Structure determination of complex I reveals a covalent bonded 2D network containing bischelating oxalate and bridging dpyo; complex 2 is a covalent,bonded 3D polymeric architecture, formed by bridging malonate and bpee ligands, resulting in an open framework with channels filled by uncoordinated disordered bpee and methanol molecules. Whereas complex 3, comprising btc anions bound to three metal centers, is a 1D chain which further extends its dimensionality to 3D via pi-pi and H-bonding interactions. Low temperature magnetic measurements reveal the existence of weak antiferromagnetic interaction in all these complexes. ((c) Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 69451 Weinheim, Germany, 2006).

Design of mucoadhesive polymeric films based on blends of poly(acrylic acid) and (hydroxypropyl)cellulose

Mixing of aqueous solutions of poly(acrylic acid) and (hydroxypropyl) cellulose results in formation of hydrogen-bonded interpolymer complexes, which precipitate and do not allow preparation of homogeneous polymeric films by casting. In the present work the effect of pH on the complexation between poly(acrylic acid) and (hydroxypropyl)cellulose in solutions and miscibility of these polymers in solid state has been studied. The pH-induced complexation-miscibility-immiscibility transitions in the polymer mixtures have been observed. The optimal conditions for preparation of homogeneous polymeric films based on blends of these polymers have been found, and the possibility of radiation cross-linking of these materials has been demonstrated. Although the gamma-radiation treatment of solid polymeric blends was found to be inefficient, successful cross-linking was achieved by addition of N, N'- methylenebis(acrylamide). The mucoadhesive potential of both soluble and cross-linked films toward porcine buccal mucosa is evaluated. Soluble films adhered to mucosal tissues undergo dissolution within 30-110 min depending on the polymer ratio in the blend. Cross-linked films are retained on the mucosal surface for 10-40 min and then detach.

Synthesis and structure of oligomeric dimesitylgermyl-substituted carbodiimides; characterization of higher oligomers

New cyclic oligomers of dimesitylgermylene carbodiimides (Mes2GeNCN)n (n = 3 (1) and 4 (2)) were synthesized by reactions of dimesityldichlorogermane with either cyanamide in the presence of triethylamine or lithium cyanamide. The reactions always gave 1, the trimer of the hypothetical (Mes2GeN−CN), as the major compound. Higher oligomers 3 (n up to 20−30) also can be isolated, depending on the reaction conditions. In THF solution at room temperature, 2 and 3 slowly isomerize to 1, which seems to be the most stable compound. X-ray analysis of trimer 1 and tetramer 2 shows unstrained tetrahedral germanium atoms and linear diimine linkers.

Synthesis, X-ray crystal structure and reactivity of the polymeric copper(II) dicarboxylic acid complex {Cu2(η1η1μ2-oda)2(py)4(H2O)2}n(odaH2 = octanedioic acid, PY = pyridine)

An aqueous solution of the α-ω-dicarboxylic acid octanedioic acid (odaH2) reacts with [Cu2(μ-O2CCH3)4(H2O)2] in the presence of an excess of pyridine (py) to give the crystalline copper(II) complex {Cu2(η1η1μ2-oda)2(py)4(H2O)2}n (1). structure of 1, as determined by X-ray crystallography, consists of polymeric chains in which bridging oda2− anions link two crystallographically identical copper atoms. The copper atoms are also ligated by two transoidal pyridine nitrogens and an oxygen atom from an apical water molecule, giving the metals an overall N2O3 square-pyramidal geometry. If the blue solid 1 is gently heated, or if it is left to stand in its mother liquor for prolonged periods, it loses one molecule of pyridine and half a molecule of water and the green complex {Cu (oda)(py)(H2O)0.5}n (2) is formed. Spectroscopic and magnetic data for both complexes are given, together with the electrochemical and thermogravimetric measurements for 1.