Thermosensitive hydrogels of poly(methyl vinyl ether-co-maleic anhydride) - Pluronic (R) F127 copolymers for controlled protein release

Thermosensitive hydrogels are of a great interest due to their many biomedical and pharmaceutical applications. In this study, we synthesized a new series of random poly (methyl vinyl ether-co-maleic anhydride) (Gantrez (R) AN, GZ) and Pluronic (R) F127 (PF127) copolymers (GZ-PF127), that formed thermosensitive hydrogels whose gelation temperature and mechanical properties could be controlled by the molar ratio of GZ and PF127 polymers and the copolymer concentration in water. Gelation temperatures tended to decrease when the GZm/PF127 ratio increased. Thus, at a fixed GZm/PF127 value, sol-gel temperatures decreased at higher copolymer concentrations. Moreover, these hydrogels controlled the release of proteins such as bovine serum albumin (BSA) and recombinant recombinant kinetoplastid membrane protein of Leishmania (rKMP-11) more than the PF127 system. Toxicity studies carried out in J774.2 macrophages showed that cell viability was higher than 80%. Finally, histopathological analysis revealed that subcutaneous administration of low volumes of these hydrogels elicited a tolerable inflammatory response that could be useful to induce immune responses against the protein cargo in the development of vaccine adjuvants.

Essai d’amélioration du taux de rétention de la tétracycline dans un polymère à empreinte moléculaire formé de co-polymères fonctionnalisés de l’acide lactique

Le vétérinaire aide le producteur laitier à garder son troupeau en santé. Lorsqu’une vache est malade, il peut prescrire des antibiotiques. Le cas échéant, le lait de la vache traitée aux antibiotiques est jeté. Il n’est donc pas vendu pour consommation. Tout le lait produit est analysé avant d’être pasteurisé et transformé afin de s’assurer que les produits laitiers ne contiennent pas de résidus d’antibiotiques. Si les analyses indiquent que le lait renferme des traces d’antibiotiques, il est jeté et le producteur en cause doit assumer la perte. Les épreuves de dépistage actuelles de ces résidus médicamenteux sont onéreuses et inapplicables sur le terrain. Pour résoudre cette problématique aux pieds de la vache, la solution proposée dans ce projet est la fabrication d’un kit de détection basé sur les polymères à empreinte moléculaire. Il s’agit de polymères dont la conformation moléculaire est complémentaire à celle des antibiotiques. Dans ce projet, il est question d’améliorer l’efficacité des épreuves de dépistages des résidus de tétracyclines en augmentant le nombre de sites d’interaction entre l’antibiotique et des polyesters. Trois polymères sont utilisés portant respectivement des groupements aromatiques, carboxyliques et hydroxyles. Une étude antérieure dans notre laboratoire avait déjà donné un pourcentage de rétention de tétracycline de 50% pour une composition de 1/3 PLAOH- 1/3 PLACOOH- 1/3 PLAOBn. Avec des ajustements, le pourcentage passe à 38.93 % pour une composition de 1/4 PLAOH- 1/2 PLACOOH- 1/4 PLAOPh, de 44.81 % pour une composition de 1/4 PLACOOH- 1/2 PLAOH- 1/4 PLAOPh, de 66.34 %pour une composition de 1/4 PLAOH- 1/4 PLACOOH- 1/2 PLAOPh et de 78.07 % pour une composition de 1/6 PLAOH- 1/6 PLACOOH- 2/3 PLAOPh. Notre hypothèse était que la présence accrue du groupement phényle augmenterait le nombre de sites d’interaction spécifique avec l’antibiotique augmentant ainsi le pourcentage de rétention de l’antibiotique à travers les MIP. Les résultats ont confirmé cette hypothèse.

Poly(ethylene-co-acrylic acid) random copolymers : amphiphilic properties and self-assembly in aqueous medium

Les travaux de recherche présentés ici avaient pour objectif principal la synthèse de copolymères statistiques à base d’éthylène et d’acide acrylique (AA). Pour cela, la déprotection des groupements esters d’un copolymère statistique précurseur, le poly(éthylène-co-(tert-butyl)acrylate), a été effectuée par hydrolyse à l’aide d’iodure de triméthylsilyle. La synthèse de ce précurseur est réalisée par polymérisation catalytique en présence d’un système à base de Palladium (Pd). Le deuxième objectif a été d’étudier et de caractériser des polymères synthétisés à l’état solide et en suspension colloïdale. Plusieurs copolymères précurseurs comprenant différents pourcentages molaires en tert-butyl acrylate (4 à 12% molaires) ont été synthétisés avec succès, puis déprotégés par hydrolyse pour obtenir des poly(éthylène-coacide acrylique) (pE-co-AA) avec différentes compositions. Seuls les copolymères comprenant 10% molaire ou plus de AA sont solubles dans le Tétrahydrofurane (THF) et uniquement dans ce solvant. De telles solutions peuvent être dialysées dans l’eau, ce qui conduit à un échange lent entre cette dernière et le THF, et l’autoassemblage du copolymère dans l’eau peut ensuite être étudié. C’est ainsi qu’ont pu être observées des nanoparticules stables dans le temps dont le comportement est sensible au pH et à la température. Les polymères synthétisés ont été caractérisés par Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) ainsi que par spectroscopie Infra-Rouge (IR), avant et après déprotection. Les pourcentages molaires d’AA ont été déterminés par combinaison des résultats de RMN et ii de titrages conductimètriques. A l’état solide, les échantillons ont été analysés par Calorimétrie différentielle à balayage (DSC) et par Diffraction des rayons X. Les solutions colloïdales des polymères pE-co-AA ont été caractérisées par Diffusion dynamique de la lumière et par la DSC-haute sensibilité. De la microscopie électronique à transmission (TEM) a permis de visualiser la forme et la taille des nanoparticules.

Caractérisation de la pharmacocinétique de formulations sensibles au pH et de formulations destinées au traitement des intoxications médicamenteuses

La préparation de formulations à libération contrôlée est le domaine des sciences pharmaceutiques qui vise à modifier l’environnement immédiat des principes actifs pour en améliorer l’efficacité et l’innocuité. Cet objectif peut être atteint en modifiant la cinétique de circulation dans le sang ou la distribution dans l’organisme. Le but de ce projet de recherche était d’étudier le profil pharmacocinétique (PK) de différentes formulations liposomales. L’analyse PK, généralement employée pour représenter et prédire les concentrations plasmatiques des médicaments et de leurs métabolites, a été utilisée ici pour caractériser in vivo des formulations sensibles au pH servant à modifier la distribution intracellulaire de principes actifs ainsi que des liposomes destinés au traitement des intoxications médicamenteuses. Dans un premier temps, la PK d’un copolymère sensible au pH, à base de N-isopropylacrylamide (NIPAM) et d’acide méthacrylique (MAA) a été étudiée. Ce dernier, le p(NIPAM-co-MAA) est utilisé dans notre laboratoire pour la fabrication de liposomes sensibles au pH. L’étude de PK conduite sur les profils de concentrations sanguines de différents polymères a défini les caractéristiques influençant la circulation des macromolécules dans l’organisme. La taille des molécules, leur point de trouble ainsi que la présence d’un segment hydrophobe à l’extrémité des chaînes se sont avérés déterminants. Le seuil de filtration glomérulaire du polymère a été évalué à 32 000 g/mol. Finalement, l’analyse PK a permis de s’assurer que les complexes formés par la fixation du polymère à la surface des liposomes restaient stables dans le sang, après injection par voie intraveineuse. Ces données ont établi qu’il était possible de synthétiser un polymère pouvant être adéquatement éliminé par filtration rénale et que les liposomes sensibles au pH préparés avec celui-ci demeuraient intacts dans l’organisme. En second lieu, l’analyse PK a été utilisée dans le développement de liposomes possédant un gradient de pH transmembranaire pour le traitement des intoxications médicamenteuses. Une formulation a été développée et optimisée in vitro pour capturer un médicament modèle, le diltiazem (DTZ). La formulation liposomale s’est avérée 40 fois plus performante que les émulsions lipidiques utilisées en clinique. L’analyse PK des liposomes a permis de confirmer la stabilité de la formulation in vivo et d’analyser l’influence des liposomes sur la circulation plasmatique du DTZ et de son principal métabolite, le desacétyldiltiazem (DAD). Il a été démontré que les liposomes étaient capables de capturer et de séquestrer le principe actif dans la circulation sanguine lorsque celui-ci était administré, par la voie intraveineuse. L’injection des liposomes 2 minutes avant l’administration du DTZ augmentait significativement l’aire sous la courbe du DTZ et du DAD tout en diminuant leur clairance plasmatique et leur volume de distribution. L’effet de ces modifications PK sur l’activité pharmacologique du médicament a ensuite été évalué. Les liposomes ont diminué l’effet hypotenseur du principe actif administré en bolus ou en perfusion sur une période d’une heure. Au cours de ces travaux, l’analyse PK a servi à établir la preuve de concept que des liposomes possédant un gradient de pH transmembranaire pouvaient modifier la PK d’un médicament cardiovasculaire et en diminuer l’activité pharmacologique. Ces résultats serviront de base pour le développement de la formulation destinée au traitement des intoxications médicamenteuses. Ce travail souligne la pertinence d’utiliser l’analyse PK dans la mise au point de vecteurs pharmaceutiques destinés à des applications variées. À ce stade de développement, l’aspect prédictif de l’analyse n’a pas été exploité, mais le côté descriptif a permis de comparer adéquatement diverses formulations et de tirer des conclusions pertinentes quant à leur devenir dans l’organisme.

Nanostructure des particules polymériques : aspects physiques, chimiques et biologiques

Les nanotechnologies appliquées aux sciences pharmaceutiques ont pour but d’améliorer l’administration de molécules actives par l’intermédiaire de transporteurs nanométriques. Parmi les différents types de véhicules proposés pour atteindre ce but, on retrouve les nanoparticules polymériques (NP) constituées de copolymères “en bloc”. Ces copolymères permettent à la fois l’encapsulation de molécules actives et confèrent à la particule certaines propriétés de surface (dont l’hydrophilicité) nécessaires à ses interactions avec les milieux biologiques. L’architecture retenue pour ces copolymères est une structure constituée le plus fréquemment de blocs hydrophiles de poly(éthylène glycol) (PEG) associés de façon linéaire à des blocs hydrophobes de type polyesters. Le PEG est le polymère de choix pour conférer une couronne hydrophile aux NPs et son l’efficacité est directement liée à son organisation et sa densité de surface. Néanmoins, malgré les succès limités en clinique de ces copolymères linéaires, peu de travaux se sont attardés à explorer les effets sur la structure des NPs d’architectures alternatives, tels que les copolymères en peigne ou en brosse. Durant ce travail, plusieurs stratégies ont été mises au point pour la synthèse de copolymères en peigne, possédant un squelette polymérique polyesters-co-éther et des chaines de PEG liées sur les groupes pendants disponibles (groupement hydroxyle ou alcyne). Dans la première partie de ce travail, des réactions d’estérification par acylation et de couplage sur des groupes pendants alcool ont permis le greffage de chaîne de PEG. Cette méthode génère des copolymères en peigne (PEG-g-PLA) possédant de 5 à 50% en poids de PEG, en faisant varier le nombre de chaînes branchées sur un squelette de poly(lactique) (PLA). Les propriétés structurales des NPs produites ont été étudiées par DLS, mesure de charge et MET. Une transition critique se situant autour de 15% de PEG (poids/poids) est observée avec un changement de morphologie, d’une particule solide à une particule molle (“nanoagrégat polymére”). La méthode de greffage ainsi que l’addition probable de chaine de PEG en bout de chaîne principale semblent également avoir un rôle dans les changements observés. L’organisation des chaînes de PEG-g-PLA à la surface a été étudiée par RMN et XPS, méthodes permettant de quantifier la densité de surface en chaînes de PEG. Ainsi deux propriétés clés que sont la résistance à l’agrégation en conditions saline ainsi que la résistance à la liaison aux protéines (étudiée par isothermes d’adsorption et microcalorimétrie) ont été reliées à la densité de surface de PEG et à l’architecture des polymères. Dans une seconde partie de ce travail, le greffage des chaînes de PEG a été réalisé de façon directe par cyclo-adition catalysée par le cuivre de mPEG-N3 sur les groupes pendants alcyne. Cette nouvelle stratégie a été pensée dans le but de comprendre la contribution possible des chaines de PEG greffées à l’extrémité de la chaine de PLA. Cette librairie de PEG-g-PLA, en plus d’être composée de PEG-g-PLA avec différentes densités de greffage, comporte des PEG-g-PLA avec des PEG de différent poids moléculaire (750, 2000 et 5000). Les chaines de PEG sont seulement greffées sur les groupes pendants. Les NPs ont été produites par différentes méthodes de nanoprécipitation, incluant la nanoprécipitation « flash » et une méthode en microfluidique. Plusieurs variables de formulation telles que la concentration du polymère et la vitesse de mélange ont été étudiées afin d’observer leur effet sur les caractéristiques structurales et de surface des NPs. Les tailles et les potentiels de charges sont peu affectés par le contenu en PEG (% poids/poids) et la longueur des chaînes de PEG. Les images de MET montrent des objets sphériques solides et l'on n’observe pas d’objets de type agrégat polymériques, malgré des contenus en PEG comparable à la première bibliothèque de polymère. Une explication possible est l’absence sur ces copolymères en peigne de chaine de PEG greffée en bout de la chaîne principale. Comme attendu, les tailles diminuent avec la concentration du polymère dans la phase organique et avec la diminution du temps de mélange des deux phases, pour les différentes méthodes de préparation. Finalement, la densité de surface des chaînes de PEG a été quantifiée par RMN du proton et XPS et ne dépendent pas de la méthode de préparation. Dans la troisième partie de ce travail, nous avons étudié le rôle de l’architecture du polymère sur les propriétés d’encapsulation et de libération de la curcumine. La curcumine a été choisie comme modèle dans le but de développer une plateforme de livraison de molécules actives pour traiter les maladies du système nerveux central impliquant le stress oxydatif. Les NPs chargées en curcumine, montrent la même transition de taille et de morphologie lorsque le contenu en PEG dépasse 15% (poids/poids). Le taux de chargement en molécule active, l’efficacité de changement et les cinétiques de libérations ainsi que les coefficients de diffusion de la curcumine montrent une dépendance à l’architecture des polymères. Les NPs ne présentent pas de toxicité et n’induisent pas de stress oxydatif lorsque testés in vitro sur une lignée cellulaire neuronale. En revanche, les NPs chargées en curcumine préviennent le stress oxydatif induit dans ces cellules neuronales. La magnitude de cet effet est reliée à l’architecture du polymère et à l’organisation de la NP. En résumé, ce travail a permis de mettre en évidence quelques propriétés intéressantes des copolymères en peigne et la relation intime entre l’architecture des polymères et les propriétés physico-chimiques des NPs. De plus les résultats obtenus permettent de proposer de nouvelles approches pour le design des nanotransporteurs polymériques de molécules actives.

The effects of additives and chemical modification on the solution properties of thermo-sensitive polymers

Cette thèse concerne l’étude de phase de séparation de deux polymères thermosensibles connus-poly(N-isopropylacylamide) (PNIPAM) et poly(2-isopropyl-2-oxazoline) (PIPOZ). Parmi des études variées sur ces deux polymères, il y a encore deux parties de leurs propriétés thermiques inexplicites à être étudiées. Une partie concerne l’effet de consolvant de PNIPAM dans l’eau et un autre solvant hydromiscible. L’autre est l’effet de propriétés de groupes terminaux de chaînes sur la séparation de phase de PIPOZ. Pour ce faire, nous avons d’abord étudié l’effet de l’architecture de chaînes sur l’effet de cosolvant de PNIPAMs dans le mélange de méthanol/eau en utilisant un PNIPAM en étoile avec 4 branches et un PNIPAM cyclique comme modèles. Avec PNIPAM en étoile, l’adhérence de branches PNIPAM de à un cœur hydrophobique provoque une réduction de Tc (la température du point de turbidité) et une enthalpie plus faible de la transition de phase. En revanche, la Tc de PNIPAM en étoile dépend de la masse molaire de polymère. La coopérativité de déhydratation diminue pour PNIPAM en étoile et PNIPAM cyclique à cause de la limite topologique. Une étude sur l’influence de concentration en polymère sur l’effet de cosolvant de PNIPAM dans le mélange méthanol/eau a montré qu’une séparation de phase liquide-liquide macroscopique (MLLPS) a lieu pour une solution de PNIPAM dans le mélange méthanol/eau avec la fraction molaire de méthanol entre 0.127 et 0.421 et la concentration en PNIPAM est constante à 10 g.L-1. Après deux jours d’équilibration à température ambiante, la suspension turbide de PNIPAM dans le mélange méthanol/eau se sépare en deux phases dont une phase possède beaucoup plus de PNIPAM que l’autre. Un diagramme de phase qui montre la MLLPS pour le mélange PNIPAM/eau/méthanol a été établi à base de données expérimentales. La taille et la morphologie de gouttelettes dans la phase riche en polymère condensée dépendent de la fraction molaire de méthanol. Parce que la présence de méthanol influence la tension de surface des gouttelettes liquides, un équilibre lent de la séparation de phase pour PNIPAM/eau/méthanol système a été accéléré et une séparation de phase liquide-liquide macroscopique apparait. Afin d’étudier l’effet de groupes terminaux sur les propriétés de solution de PIPOZ, deux PIPOZs téléchéliques avec groupe perfluorodécanyle (FPIPOZ) ou groupe octadécyle (C18PIPOZ) comme extrémités de chaîne ont été synthétisés. Les valeurs de Tc des polymères téléchéliques ont beaucoup diminué par rapport à celle de PIPOZ. Des micelles stables se forment dans des solutions aqueuses de polymères téléchéliques. La micellization et la séparation de phase de ces polymères dans l’eau ont été étudiées. La séparation de phase de PIPOZs téléchéliques suit le mécanisme de MLLPS. Des différences en tailles de gouttelettes formées à l’intérieur de solutions de deux polymères ont été observées. Pour étudier profondément les différences dans le comportement d’association entre deux polymères téléchéliques, les intensités des signaux de polymères correspondants et les temps de relaxation T1, T2 ont été mesurés. Des valeurs de T2 de protons correspondants aux IPOZs sont plus hautes.

Development of Photorefractive Polymers: Evaluation of Photoconducting and Electro-optic Properties

This Thesis discussed molecules suitable for photorefractive effect. Out of the molecules studied, only one system was used to make photorefractive polymers system. Other molecules, especially, the electro-optic polymer, Poly(3-methacrloyl-1-(4'-nitro-4-azo-1'-phenyl)phenylalanine-co- methyl methacrylate) can be subjected to more detailed studies to explore the possibilities of using them for electro-optic applications. Though not included in the thesis, the efficient photoconductor, Poly(6-tert-butyl-3- phenyl-3,4-dihydro-2H-1,3-benzoxazine) sensitized with C60, which was described in Chapter 3 showed a low magnitude photovoltaic effect. This hints at the possibility of using this system for organic solar cells also. The thesis presented the initial observation of photorefractive effect in a polybenzoxazine based polymer system. A detailed analysis of the effect of C60, ECZ and DR1 can be carried out to check for the possibility of a high efficiency photorefractive system.

Responsive Azobenzene-Containing Polymers and Gels

The photoviscosity effect in aqueous solutions of novel poly(4-methacryloyloxyazobenzene-co-N,N-dimethyl acrylamide) (MOAB-DMA) was demonstrated. The observed significant reduction in the zero-shear viscosity upon UV-irradiation of MOAB-DMA aqueous solutions was due to the dissociation of the interchain azobenzene aggregates. Such phenomena can be advantageously used in photoswitchable fluidic devices and in protein separation. Introduction of enzymatically degradable azo cross-links into Pluronic-PAA microgels allowed for control of swelling due to degradation of the cross-links by azoreductases from the rat intestinal cecum. Dynamic changes in the cross-link density of stimuli-responsive microgels enable novel opportunities for the control of gel swelling, of importance for drug delivery and microgel sensoric applications.

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.

Synthesis, crystal structure, magnetic behavior and thermal property of three polynuclear complexes: [M(dca)(2)(H2O)2](n)center dot(hmt)(n) [M = Mn(II), Co(II)] and [Co(dca)(2)(bpds)](n) [dca, dicyanamide; hint, hexamethylenetetramine; bpds, 4,4 '-bipyridyl disulfide]

Three mu(1.5)-dicyanamide bridged Mn(II) and Co(II) complexes having molecular formula [Mn(dca)(2)(H2O)(2)](n)center dot(hmt)(n) (1), [Co(dca)(2) (H2O)(2)](n)center dot(hmt)(n) (2) and [Co(dca)(2)(bpds)](n) (3) [dca = dicyanamide; hmt = hexamethylenetetramine; bpds = 4,4'-bipyridyl disulfide] have been synthesized and characterized by single crystal X-ray diffraction study, low temperature (300-2 K) magnetic measurement and thermal behavior. The X-ray diffraction analysis of 1 and 2 reveals that they are isostructural, comprising of 1D coordination polymers [M(dca)(2)(H2O)(2)](n) [M = Mn(II), Co(II) for 1 and 2. respectively] with uncoordinated hmt molecules located among the chains. The [M(dca)(2)(H2O)(2)](n) chains and the lattice hint molecules are connected through H-bonds resulting in a 3D supramolecular architecture. The octahedral N4O2 chromophore surrounding the metal ion forms via two trans located water oxygens and four nitrogens from four nitrile dca. Complex 3 is a 1D chain formed by two mu(1.5)-dca and one bridging bpds. The octahedral N-6 coordination sphere surrounding the cobalt ions comprises four nitrogens from dca and two from bpds. Low temperature magnetic study indicates small antiferromagnetic coupling for all the complexes. Best fit parameters for 1: J = -0.17 cm(-1), g = -2.03 with R = 6.1 x 10(-4), for 2, J = -0.50 cm(-1), and for 3, J = -0.95 cm(-1). (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Two new mu-(1,3-azido)-bridged polymers: alternating single and double bridges in a 1D nickel(II) complex and uniform bridge in a 2D copper(II) complex: Syntheses, single-crystal structures and magnetic studies

Two polymeric azido bridged complexes [Ni2L2(N-3)(3)](n)(ClO4). (1) and [Cu(bpdS)(2)(N-3)],(ClO4),(H2O)(2.5n) (2) [L = Schiff base, obtained from the condensation of pyridine-2-aldehyde with N,N,2,2-tetramethyl-1,3-propanediamine; bpds = 4,4'-bipyridyl disulfide] have been synthesized and their crystal structures have been determined. Complex 1, C26H42ClN15Ni2O4, crystallizes in a triclinic system, space group P1 with a 8.089(13), b = 9.392(14), c = 12.267(18) angstrom, a = 107.28(l), b 95.95(1), gamma = 96.92(1)degrees and Z = 2; complex 2, C20H21ClCuN7O6.5S4, crystallizes in an orthorhombic system, space group Pnna with a = 10.839(14), b = 13.208(17), c = 19.75(2) angstrom and Z = 4. The crystal structure of I consists of 1D polymers of nickel(L) units, alternatively connected by single and double bridging mu-(1,3-N-3) ligand with isolated perchlorate anions. Variable temperature magnetic susceptibility data of the complex have been measured and the fitting,of magnetic data was carried out applying the Borris-Almenar formula for such types of alternating one-dimensional S = 1 systems, based on the Hamiltonian H = -J Sigma(S2iS2i-1 + aS(2i)S(2i+1)). The best-fit parameters obtained are J = -106.7 +/- 2 cm(-1); a = 0.82 +/- 0.02; g = 2.21 +/- 0.02. Complex 2 is a 2D network of 4,4 topology with the nodes occupied by the Cu-II ions, and the edges formed by single azide and double bpds connectors. The perchlorate anions are located between pairs of bpds. The magnetic data have been fitted considering the complex as a pseudo-one-dimensional system, with all copper((II)) atoms linked by [mu(1,3-azido) bridging ligands at axial positions (long Cu...N-3 distances) since the coupling through long bpds is almost nil. The best-fit parameters obtained with this model are J = -1.21 +/- 0.2 cm(-1), g 2.14 +/- 0.02. (c) Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 69451 Weinheim, Germany, 2005).

Carbohydrate-based micelle clusters which enhance hydrophobic drug bioavailability by up to 1 order of magnitude

Amphiphilic chitosan-based polymers (M-w < 20 kDa) self-assemble in aqueous media at low micromolar concentrations to give previously unknown micellar clusters of 100-300 nm in size. Micellar clusters comprise smaller 10-30 nm aggregates, and the nanopolarity/drug incorporation efficiency of their hydrophobic domains can be tailored by varying the degree of lipidic derivatization and molecular weight of the carbohydrate. The extent of drug incorporation by these novel micellar clusters is 1 order of magnitude higher than is seen with triblock copolymers, with molar polymer/drug ratios of 1:48 to 1:67. On intravenous injection, the pharmacodynamic activity of a carbohydrate propofol formulation is increased by 1 order of magnitude when compared to a commercial emulsion formulation, and on topical ocular application of a carbohydrate prednisolone formulation, initial drug aqueous humor levels are similar to those found with a 10-fold dose of prednisolone suspension.

Conserved hydrophobic clusters on the surface of the Caf1A usher C-terminal domain are important for F1 antigen assembly

The outer membrane usher protein Caf1A of the plague pathogen Yersinia pestis is responsible for the assembly of a major surface antigen, the F1 capsule. The F1 capsule is mainly formed by thin linear polymers of Caf1 (capsular antigen fraction 1) protein subunits. The Caf1A usher promotes polymerization of subunits and secretion of growing polymers to the cell surface. The usher monomer (811 aa, 90.5 kDa) consists of a large transmembrane β-barrel that forms a secretion channel and three soluble domains. The periplasmic N-terminal domain binds chaperone-subunit complexes supplying new subunits for the growing fiber. The middle domain, which is structurally similar to Caf1 and other fimbrial subunits, serves as a plug that regulates the permeability of the usher. Here we describe the identification, characterization, and crystal structure of the Caf1A usher C-terminal domain (Caf1A(C)). Caf1A(C) is shown to be a periplasmic domain with a seven-stranded β-barrel fold. Analysis of C-terminal truncation mutants of Caf1A demonstrated that the presence of Caf1A(C) is crucial for the function of the usher in vivo, but that it is not required for the initial binding of chaperone-subunit complexes to the usher. Two clusters of conserved hydrophobic residues on the surface of Caf1A(C) were found to be essential for the efficient assembly of surface polymers. These clusters are conserved between the FGL family and the FGS family of chaperone-usher systems.

Nano structures through self-assembly of protected hydrophobic amino acids: encapsulation of rhodamine B dye by proline-based nanovesicles

The development of novel molecules for the creation of nanometer structures with specific properties has been the current interest of this research. We have developed a set of molecules from hydrophobic omega- and alpha-amino acids by protecting the -NH(2) with Boc (t-butyloxycarbonyl) group and -CO(2)H with para-nitroanilide such as BocHN-Xx-CONH-(p-NO(2))center dot C(6)H(4), where Xx is gamma-aminobutyric acid (gamma-Abu), (L)-isoleucine, alpha-aminoisobutyric acid, proline, etc. These molecules generate various nanometer structures, such as nanofibrils, nanotubes and nanovesicles, in methanol/water through the self-assembly of bilayers in which the nitro benzene moieties are stacked in the middle and the Boc-protected amino acids parts are packed in the outer surface. The bilayers can be further stacked one over the other through hydrophobic interactions to form multilayer structure, which helps to generate different kinds of nanoscopic structures. The formation of the nanostructures has been facilitated through the participation of various noncovalent interactions, such as hydrophobic interactions, hydrogen bonding and aromatic p-stacking interactions. Fluorescence microscopy and UV studies reveal that the nanovesicles generated from pro-based molecule can encapsulate dye molecules which can be released by addition of acid (at pH 2). These single amino acid based molecules are both easy to synthesize and cost-effective and therefore offer novel scaffolds for the future design of nanoscale structures.

Self-assembly of telechelic tyrosine end-capped PEO and poly(alanine) polymers in aqueous solution

The self-assembly in aqueous solution of three novel telechelic conjugates comprising a central hydrophilic polymer and short (trimeric or pentameric) tyrosine end-caps has been investigated. Two of the conjugates have a central poly(oxyethylene) (polyethylene oxide, PEO) central block with different molar masses. The other conjugate has a central poly(l-alanine) (PAla) sequence in a purely amino-acid based conjugate. All three conjugates self-assemble into β-sheet based fibrillar structures, although the fibrillar morphology revealed by cryogenic-TEM is distinct for the three polymers—in particular the Tyr5-PEO6k-Tyr5 forms a population of short straight fibrils in contrast to the more diffuse fibril aggregates observed for Tyr5-PEO2k-Tyr5 and Tyr3-PAla-Tyr3. Hydrogel formation was not observed for these samples (in contrast to prior work on related systems) up to quite high concentrations, showing that it is possible to prepare solutions of peptide–polymer-peptide conjugates with hydrophobic end-caps without conformational constraints associated with hydrogelation. The Tyr5-PEO6k-Tyr5 shows significant PEO crystallization upon drying in contrast to the Tyr5-PEO2k-Tyr5 conjugate. Our findings point to the remarkable ability of short hydrophobic peptide end groups to modulate the self-assembly properties of polymers in solution in model peptide-capped “associative polymers”. Retention of fluidity at high conjugate concentration may be valuable in potential future applications of these conjugates as bioresponsive or biocompatible materials, for example exploiting the enzyme-responsiveness of the tyrosine end-groups