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

New grafted PLA-g-PEG polymeric nanoparticles used to improve bioavailability of oral drugs.

Les nanoparticules (NPs) de polymère ont montré des résultats prometteurs pour leur utilisation comme système de transport de médicaments pour une libération contrôlée du médicament, ainsi que pour du ciblage. La biodisponibilité des médicaments administrés oralement pourrait être limitée par un processus de sécrétion intestinale, qui pourrait par la suite être concilié par la glycoprotéine P (P-gp). La dispersion de la Famotidine (modèle de médicament) à l’intérieur des nanoparticules (NPs) pegylées a été évaluée afin d’augmenter la biodisponibilité avec du polyéthylène glycol (PEG), qui est connu comme un inhibiteur de P-gp. L’hypothèse de cette étude est que l’encapsulation de la Famotidine (un substrat de P-gp) à l’intérieur des NPs préparées à partir de PEG-g-PLA pourrait inhiber la fonction P-gp. La première partie de cette étude avait pour but de synthétiser quatre copolymères de PEG greffés sur un acide polylactide (PLA) et sur un squelette de polymère (PLA-g-PEG), avec des ratios de 1% et 5% (ratio molaire de PEG vs acide lactique monomère) de soit 750, soit 2000 Da de masse moléculaire. Ces polymères ont été employés afin de préparer des NPs chargés de Famotidine qui possède une faible perméabilité et une solubilité aqueuse relativement basse. Les NPs préparées ont été analysées pour leur principaux paramètres physicochimiques tels que la taille et la distribution de la taille, la charge de surface (Potentiel Zeta), la morphologie, l’efficacité d’encapsulation, le pourcentage résiduel en alcool polyvinylique (PVA) adsorbé à la surface des NPs, les propriétés thermiques, la structure cristalline et la libération du médicament. De même, les formules de NPs ont été testées in vitro sur des cellules CaCo-2 afin dʼévaluer la perméabilité bidirectionnelle de la Famotidine. Généralement, les NPs préparées à partir de polymères greffés PLA-g-5%PEG ont montré une augmentation de la perméabilité du médicament, ce par l’inhibition de l’efflux de P-gp de la Famotidine dans le modèle CaCo-2 in vitro. Les résultats ont montré une baisse significative de la sécrétion de la Famotidine de la membrane basolatéral à apical lorsque la Famotidine était encapsulée dans des NPs préparées à partir de greffes de 5% PEG de 750 ou 2000 Da, de même que pour d’autres combinaisons de mélanges physiques contenant du PEG5%. La deuxième partie de cette étude est à propos de ces NPs chargées qui démontrent des résultats prometteurs en termes de perméabilité et d’inhibition d’efflux de P-gp, et qui ont été choises pour développer une forme orale solide. La granulation sèche a été employée pour densifier les NPs, afin de développer des comprimés des deux formules sélectionnées de NPs. Les comprimés à base de NPs ont démontré un temps de désintégration rapide (moins d’une minute) et une libération similaire à la Famotidine trouvée sur le marché. Les résultats de l’étude du transport de comprimés à base de NPs étaient cohérents avec les résultats des formules de NPs en termes d’inhibition de P-gp, ce qui explique pourquoi le processus de fabrication du comprimé n’a pas eu d’effet sur les NPs. Mis ensemble, ces résultats montrent que l’encapsulation dans une NP de polymère pegylé pourrait être une stratégie prometteuse pour l’amélioration de la biodisponibilité des substrats de P-gp.

Assessment of PEG on Polymeric Particles Surface, a Key Step in Drug Carrier Translation

Injectable drug nanocarriers have greatly benefited in their clinical development from the addition of a superficial hydrophilic corona to improve their cargo pharmacokinetics. The most studied and used polymer for this purpose is poly(ethylene glycol), PEG. However, in spite of its wide use for over two decades now, there is no general consensus on the optimum PEG chain coverage-density and size required to escape from the mononuclear phagocyte system and to extend the circulation time. Moreover, cellular uptake and active targeting may have conflicting requirements in terms of surface properties of the nanocarriers which complicates even more the optimization process. These persistent issues can be largely attributed to the lack of straightforward characterization techniques to assess the coverage-density, the conformation or the thickness of a PEG layer grafted or adsorbed on a particulate drug carrier and is certainly one of the main reasons why so few clinical applications involving PEG coated particle-based drug delivery systems are under clinical trial so far. The objective of this review is to provide the reader with a brief description of the most relevant techniques used to assess qualitatively or quantitatively PEG chain coverage-density, conformation and layer thickness on polymeric nanoparticles. Emphasis has been made on polymeric particle (solid core) either made of copolymers containing PEG chains or modified after particle formation. Advantages and limitations of each technique are presented as well as methods to calculate PEG coverage-density and to investigate PEG chains conformation on the NP surface.

Luminescence from Surfactant-Free ZnO Quantum Dots Prepared by Laser Ablation in Liquid

Highly transparent, luminescent and biocompatible ZnO quantum dots were prepared in water, methanol, and ethanol using liquid-phase pulsed laser ablation technique without using any surfactant. Transmission electron microscopy analysis confirmed the formation of good crystalline ZnO quantum dots with a uniform size distribution of 7 nm. The emission wavelength could be varied by varying the native defect chemistry of ZnO quantum dots and the laser fluence. Highly luminescent nontoxic ZnO quantum dots have exciting application potential as florescent probes in biomedical applications.

Cure Characteristics of Short Polyester Fiber-PolyurethaneElastomer Composite with Interfacial Bonding Agents Based on Polymeric 4,4'-Diphenylmethanediisocyanate

Cure characteristics of short polyester fiber-polyurethane composites with respect to different bonding agents (MD resins) based on 4, 4' diphenylmethanediisocyanate (MDI) and various diols like propyleneglycol (PG), polypropyleneglycol (PPG) and glycerol (GL) were studied. Tmax. - Tmin. of composites having MD resin were found to be higher than the composite without MD resin. Minimum torque and Tmax. - Tmin., scorch time and optimum cure time were increased with the increase of MDI equivalence. Optimum ratio of MDI / -of in the resin was found to be within the range of 1-1.5. It was observed from the cure characteristics that for getting better adhesion between short polyester fiber and the polyurethane matrix the best choice of MD resin was one based on MDI and 1:1 equivalent mixture of polypropyleneglycol and glycerol.

A Chloride Ion-Selective Potentiometric Sensor Based on a Polymeric Schiff Base Complex

This paper describes the fabrication of an ion-selective electrode in which a polymeric Schiff base complex of cobalt(II) is used as the ionophore.The main advantage of the electrode is that it is mechanically stable upto 3 months..The electrode shows a linear response in the range of 2.5 × 10-5-0.5 × 10-1 mol dm-3. The response time of the electrode is 30 s.The pH range at which the electrode works is 3.8 to 6.8. The electrode was found to be selective towards chloride ion in the presence of ions like Na+, Ca2+, Mn2+, ,Fe3+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, CH3COO-, NO3-, SO42- ,Br- and NO2-.

A study on the Immobilizaton of Enzymes on Polymeric Supports

This work was focused to study the immobilization of enzymes on polymers. A large range of polymer matrices have been employed as supports for enzyme immobilization. Here polyaniline (PAN!) and poly(0~toluidine) (POT) were used as supports. PANI and POT provides an excellent support for enzyme immobilization by virtue of its facile synthesis, superior chemical and physical stabilities, and large retention capacity. We selected industrially important starch hydrolyzing enzymes a-amylase and glucoamylase for the study. In this work the selected enzymes were immobilized via adsorption and covalent bonding methods.To optimize the catalytic efficiency and stability of the resulting biocatalysts, the attempt was made to understand the immobilization effects on enzymatic properties. The effect of pH of the immobilization medium, time of immobilization on the immobilization efficiency was observed. The starch hydrolyzing activity of free 0:-amylase and glucoamylase were compared with immobilized forms. Immobilization on solid supports changes the microenvironment of the enzyme there by influences the pH and temperature relationship on the enzymatic activity. Hence these parameters also optimized. The reusability and storage stability of immobilized enzymes an important aspect from an application standpoint, especially in industrial applications. Taking in to consideration of this, the reusability and the long tenn storage stability of the immobilized enzyme investigated.

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.

Noves aproximacions a la síntesi i caracterització de poliglicols al·lílics, polihidrosiloxans i surfactants copolimèrics. Avaluació d'aquests surfactants en formulacions de poliuretà

Els polímers són una sèrie de compostos que troben un ampli ventall d'aplicacions en la indústria actual. Un exemple són les espumes de poliuretà, estructures de tipus cel·lular obtingudes mitjançant la reacció química entre compostos de tipus isocianat i compostos de tipus poliol (polièters amb diferent nombre de grups hidroxil). És imprescindible l'ús d'additius d'estructura tensioactiva (surfactants de silicona) per estabilitzar el procés d'espumació i per proporcionar una estructura cel·lular ordenada i homogènia en mida i distribució. La síntesis i caracterització de les molècules precursores (polihidrosiloxans i polièters al·lílics), l'estudi de la reacció d'hidrosililació com a via d'obtenció dels diferents surfactants per reacció d'addició entre els polihidrosiloxans i els polièters al·lílics i la caracterització i avaluació en formulacions comercials de poliuretà dels surfactants sintetitzats han constituït els objectius del present treball. MEMÒRIA La Tesi Doctoral ha estat presentada seguint el següent esquema: CAPÍTOL I. INTRODUCCIÓ A LA QUÍMICA DEL POLIURETÀ. Es presenten els principis de la química del poliuretà, fent esment dels recents avenços en la síntesis i caracterització d'aquests compostos polimèrics, així com un apartat concret centrat en els surfactants de silicona. Es presenten les estructures habituals d'aquests compostos comercials i es detallen les reaccions de síntesi i les característiques físiques que aquests compostos proporcionen a les espumes de poliuretà. CAPÍTOL II. OBJECTIUS. 1.- Síntesis y caracterització d'una àmplia gamma de poliglicols al·lílics i de polihidrosiloxans amb grups hidrur reactius, ambdós precursors d'estructures polimèriques de tipus surfactant. 2.- Estudi de la reacció d'hidrosililació com a via de formació d'enllaços Si-C no hidrolitzables, mitjançant la reacció d'addició entre els substrats al·lílics insaturats i els polisiloxans amb grups hidrur reactius. 3.- Caracterització de les estructures polimèriques de tipus surfactant sintetitzades i avaluació d'aquestes en formulacions de poliuretà, a fi de relacionar l'estructura química d'aquests oligómers amb els efectes físics que originen en l'espuma de poliuretà. CAPÍTOL III. SÍNTESI I CARACTERITZACIÓ DE SUBSTRATS AL·LÍLICS INSATURATS DE TIPUS POLIGLICOL. S'han caracteritzat per HPLC-UV una sèrie de polietilenglicols comercials. S'ha estudiat la reacció de derivatització al·lílica sobre els grups hidroxil dels polièters comercials (PEG, PPG i copolímers PEG-PPG) i s'han caracteritzat exhaustivament els productes sintetitzats (1H,13C-RMN, GC, GC-MS, FTIR, ESI-MS, HPLC-UV). S'ha iniciat un estudi de polimerització aniònica sobre nous epòxids amb un punt de diversitat molecular, sintetitzant-se i caracteritzant-se els corresponents nous polièters obtinguts. CAPÍTOL IV. SÍNTESI I CARACTERITZACIÓ DE POLIHIDROSILOXANS REACTIUS. S'estudia la síntesis de polihidrosiloxans amb grups hidrur reactius, mitjançant la reacció de polimerització aniònica d'obertura d'anell ("AROP, anionic ring opening polimerization") i mitjançant la reacció de polimerització per equilibració catiònica. Es presenta una caracterització exhaustiva dels productes sintetitzats i es descriu la naturalesa de la microestructura polimèrica a partir de la distribució bivariant dels copolímers PDMS-co-PHMS (poli(dimetilsiloxà)-co-poli(hidrometilsiloxà)). CAPÍTOL V. ESTUDI SISTEMÀTIC DE LA REACCIÓ D'HIDROSILILACIÓ. S'ha estudiat la reacció d'hidrosililació amb la finalitat de sintetitzar estructures copolimèriques poliglicol-polisiloxà a partir de la reacció de polisiloxans hidrur reactius i polièters al·lílics. S'han provat diferents catalitzadors (Pt/C 5%, cat. de Speier i cat. de Karstedt), s'han sintetitzat diferents estructures tensoactives (lineals i ramificades) i s'ha modelitzat les diferents reaccions secundàries observades, per presentar un estudi mecanístic de la reacció d'hidrosililació aplicada a la síntesis de molècules d'elevat PM a partir de la reacció entre substrats al·lílics insaturats i polihidrosiloxans. CAPÍTOL VI. AVALUACIÓ DELS SURFACTANTS EN FORMULACIONS DE POLIURETÀ. S'ha estudiat la idoneïtat dels surfactants de silicona sintetitzats en diferents formulacions de poliuretà comercials. S'ha relacionat el comportament físic d'aquests surfactants en les espumes de poliuretà amb la seva estructura química a partir de l'anàlisi per microscòpia electrònica de rastreig. CAPÍTOL VII. CONCLUSIONS. S'han esposat les conclusions extretes de cada capítol.

Shear controlled crystal size definition in a low molar mass compound using a polymeric solvent

We show that close to monodisperse crystalline fibrils of dibenzylidene sorbitol can be obtained by preparation in a polymeric solvent subjected to extended shear flow.

Aqueous gels of mixtures of ionic surfactant SDS with pluronic copolymers P123 or F127

Gel diagrams based on tube inversion and oscillatory rheometry are reported for Pluronic copolymers F127 (E98P67E98) and P123 (E21P67E21) in mixtures with anionic surfactant sodium dodecyl sulfate (SDS). Total concentrations (e, SDS+copolymer) were as high as 50 wt% with mole ratios SDS/copolymer (mr) in the ranges 1-5 (F127) a lid 1-7 (PI 23). Temperatures were its high as 90 degrees C. Determination of the temperature dependences of the dynamic moduli served to confirm the gel boundaries from tube inversion and to reveal the high elastic moduli of the gels, e.g., compared at corn parable positions in the gel phase, a 50 wt% SDS/P123 wit h mr = 7 had G' three times that of a corresponding gel of P123 alone. Sin all-angle X-ray scattering (SAX S) was used to show that the structures of all the SDS/F127 gels were bee and that the structures of the SDS/P123 gels with mr = I were either fcc(c = 30 wt%) or hex (c = 40 wt%). Assignment of structures to SDS/P123 gels with values of mr in the range 3-7 was more difficult, as high-order scattering peaks Could be very weak, and at the higher values of c and mr, the SAXS peaks included multiple reflections.

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.