Copolímeros de vinilo con una degradación hidrolítica más rápida que los poliésteres alifáticos y temperaturas de solución críticas superiores ajustables

Nature Communications volumen 13, Número de artículo: 2873 (2022) Citar este artículo

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Los polímeros vinílicos son objeto de una intensa investigación debido a su facilidad de síntesis y la posibilidad de fabricar materiales funcionales bien definidos. Sin embargo, su no degradabilidad conduce a problemas ambientales y limita su uso en aplicaciones biomédicas, lo que permite que los poliésteres alifáticos aún se consideren como los estándares de oro. La polimerización por apertura de anillo radical de acetales de cetena cíclicos se considera el enfoque más prometedor para impartir degradabilidad a los polímeros de vinilo. Sin embargo, estos materiales aún presentan una degradación hidrolítica deficiente y, por lo tanto, aún no pueden competir con los poliésteres tradicionales. Aquí mostramos que un sistema de copolimerización simple basado en acrilamida y cetenacetales cíclicos conduce a copolímeros bien definidos y citocompatibles con una degradación hidrolítica más rápida que la de poliláctido y poli(láctido-co-glicólido). Además, al cambiar la naturaleza del acetal de ceteno cíclico, los copolímeros pueden ser solubles en agua o pueden exhibir temperaturas de solución críticas superiores sintonizables relevantes para la liberación de fármacos desencadenada por hipertermia leve. Los copolímeros dibloque anfifílicos derivados de este sistema también se pueden formular en nanopartículas termosensibles degradables mediante un proceso de nanoprecipitación con agua.

Los polímeros de vinilo son materiales atractivos debido a su facilidad de síntesis y su amplia diversidad en términos de arquitecturas, composiciones y funcionalidades, especialmente desde el advenimiento de la polimerización por radicales de desactivación reversible (RDRP)1,2,3. Sin embargo, no son degradables debido a su columna vertebral de carbono, lo que crea problemas ambientales y limita severamente su uso para aplicaciones biomédicas. Por lo tanto, los poliésteres alifáticos siguen siendo el estándar de oro, especialmente para aplicaciones biomédicas dada su biocompatibilidad y degradabilidad. Sin embargo, la posibilidad de funcionalizarlos fácilmente y ajustar su estructura y composición para obtener materiales avanzados es bastante restringida. En consecuencia, combinar las ventajas de ambas familias de polímeros para producir materiales degradables de última generación sigue siendo una necesidad insatisfecha.

En este contexto, se ha realizado un gran esfuerzo para sintetizar polímeros vinílicos degradables4. Uno de los enfoques más potentes se basa en la introducción de grupos éster en el esqueleto del polímero mediante polimerización por apertura de anillo radical (rROP) de acetales de cetena cíclicos (CKA)5,6. Entre ellos, el 2-metilen-1,3-dioxepano (MDO), el 5,6-benzo-2-metilen-1,3-dioxepano (BMDO) o el 2-metilen-4-fenil-1,3-dioxolano (MPDL ) son, con diferencia, los más utilizados7,8. Por ejemplo, la copolimerización de monómeros vinílicos comunes con CKA mediante polimerización por radicales libres convencional o RDRP ha recibido una enorme atención8 para diseñar materiales degradables para aplicaciones en la administración de fármacos9,10,11, tecnologías antibioincrustantes marinas12,13,14, transfección de genes/ADN15, tejido ingeniería16 y otros17,18.

Sin embargo, a pesar de las prometedoras pruebas de concepto, la pobre degradación hidrolítica de los copolímeros que contienen CKA en condiciones fisiológicas sigue siendo una limitación significativa. De hecho, aunque su degradación hidrolítica en condiciones aceleradas es rápida, su degradación en condiciones fisiológicas suele tardar de varios meses a un año para lograr al menos una disminución del 50% de la masa molar, incluso con metacrilato de éter metílico de oligo(etilenglicol) (OEGMA ) como principal monómero de vinilo19,20,21, lo que puede ser problemático para algunas aplicaciones (biorelacionadas). Por lo tanto, dichos materiales aún no pueden competir con los poliésteres más populares como el poli(ácido láctico-co-glicólico) (PLGA) o incluso el poli(ácido láctico) (PLA). Su degradación enzimática también es muy limitada, ya que solo los copolímeros que contienen unidades MDO similares a policaprolactona (PCL) mostraron una degradación significativa en presencia de enzimas específicas (p. ej., lipasas)21, mientras que el anillo aromático voluminoso y/o la hidrofobicidad demasiado alta de BMDO y MPDL obstruye drásticamente el acceso a las enzimas20,22. Además, para el diseño de materiales con propiedades fisicoquímicas, de autoensamblaje o de respuesta a estímulos avanzadas8, la CKA se suele utilizar al menos como tercer comonómero y con un único objetivo; que confiere degradabilidad. Esto hace que la síntesis sea más compleja y, debido a la alta hidrofobicidad de los CKA y/o las reacciones secundarias durante las polimerizaciones, a menudo tiene un impacto perjudicial en las propiedades buscadas (p. ej., la solubilidad de los copolímeros solubles en agua11, la estabilidad coloidal y la distribución del tamaño de las partículas). de nanopartículas23, respuesta a estímulos de materiales24,25). Por lo tanto, permitir que la CKA combine dos propiedades diferentes sería un avance importante.

Todas estas limitaciones son de suma importancia y representan serios obstáculos para el desarrollo de polímeros vinílicos avanzados para aplicaciones biomédicas, como los polímeros vinílicos termosensibles que son muy prometedores para aplicaciones potenciales en bioingeniería y nanomedicina26. Pueden exhibir una temperatura de solución crítica inferior o una temperatura de solución crítica superior (UCST); esta última se considera una característica muy atractiva para la liberación de fármacos desencadenada por hipertermia leve. Sin embargo, no solo los polímeros vinílicos termosensibles degradables han recibido muy poca atención17,22,27,28,29,30,31,32, especialmente los polímeros UCST33,34, sino que todos exhiben una degradación hidrolítica deficiente y la síntesis de polímeros bien definidos, Nunca se han informado copolímeros de vinilo UCST que puedan degradarse en agua.

Aquí, informamos sobre un sistema de copolimerización basado en acrilamida (AAm) que elude las limitaciones mencionadas anteriormente asociadas con el rROP de CKA. Permitió la síntesis de copolímeros vinílicos bien definidos y citocompatibles que exhiben: (i) una rápida degradación hidrolítica en agua o PBS, más rápida que la del PLA e incluso PLGA, que no tiene precedentes en el campo de los materiales vinílicos, y (ii) completa solubilidad en agua o un UCST sintonizable y nítido en condiciones prácticamente relevantes para las cuales el CKA es una parte integral del mecanismo de termosensibilidad, lo que simplifica enormemente el sistema (Fig. 1). Para demostrar el gran interés en estos componentes básicos para aplicaciones biomédicas, también sintetizamos copolímeros de dibloque anfifílicos basados ​​en PEG que se formularon en nanopartículas (NP) mediante un proceso de nanoprecipitación de agua debido a su UCST. Por lo tanto, evitó el uso de solventes orgánicos que a menudo son problemáticos para el desarrollo farmacéutico, lo que tampoco tiene precedentes en el campo farmacéutico. Estas nanopartículas exhibieron transiciones tanto UCST como LCST, lo que dio lugar a nanopartículas doblemente termosensibles y degradables.

Síntesis de copolímeros bien definidos de poli(acrilamida-cetona cocíclica acetal) (P(AAm-co-CKA)) mediante copolimerización de transferencia de cadena por adición-fragmentación reversible (RAFT, por sus siglas en inglés) entre AAm y CKA, que exhiben niveles críticos superiores sintonizables y biológicamente relevantes temperatura de la solución (UCST) y una degradación hidrolítica más rápida que la polilactida (PLA) y el ácido poli(láctico-co-glicólico) (PLGA).

El diseño del sistema de copolimerización se basó en una analogía estructural simple con los copolímeros de poli(acrilamida-co-estireno) (P(AAm-co-S)) que se sabe que exhiben una UCST en solución acuosa en el rango de 50 a 62 °C. , debido a enlaces de hidrógeno reversibles entre las cadenas de copolímero por debajo de la UCST y con las moléculas de agua por encima35. Sin embargo, estos copolímeros recibieron poca atención en comparación con sus contrapartes UCST que contienen acrilonitrilo; a saber, copolímeros de poli(acrilamida-co-acrilonitrilo) (P(AAm-co-AN))26,36. No obstante, postulamos que sustituir el estireno por unidades CKA que contienen un anillo aromático, como MPDL o BMDO, podría ser una ruta directa hacia copolímeros UCST degradables en los que la CKA conferiría degradabilidad y controlaría la termorrespuesta, idealmente en una temperatura mucho más amplia. rango. También se postuló que este sistema de copolimerización sería compatible con RDRP para dar acceso a arquitecturas bien definidas y que estas serían más propensas a la degradación hidrolítica que cualquier otro copolímero de vinilo que contenga CKA sintetizado hasta ahora dada la muy alta solubilidad en agua de Restos de AAm que promoverían la solvatación eficiente de los grupos éster (Fig. 2).

Copolimerización mediada por RAFT entre acrilamida (AAm) y cetenacetales cíclicos (CKA), como 2-metileno-4-fenil-1,3-dioxolano (MPDL), 5,6-benzo-2-metileno-1,3- dioxepano (BMDO) y 2-metileno-1,3-dioxepano (MDO).

Para determinar la CKA con anillo aromático más adecuada para conferir degradabilidad y gobernar la termosensibilidad, se realizaron las primeras copolimerizaciones con MPDL debido a su estructura de radicales abiertos muy cercana a la del estireno. Los copolímeros P(AAm-co-MPDL) (P0–P4, Tabla 1) se obtuvieron mediante copolimerización mediada por RAFT de AAm y fracciones molares iniciales variables de MPDL (fMPDL,0 = 0–0,8) a 8 M en dimetilsulfóxido anhidro (DMSO) durante 16 h usando ácido 4-ciano-4-[(dodecilsulfaniltiocarbonil)sulfanil]pentanoico (CDSPA) como agente de transferencia de cadena (CTA) y azobisisobutironitrilo (AIBN) como iniciador. Se obtuvieron altas conversiones de monómeros y los copolímeros exhibieron pesos moleculares en el rango de 8,3 a 28,3 kg mol-1 con dispersancias en su mayoría bajas (Đ = 1,2 a 1,3) (Fig. 3a, c). Mediante resonancia magnética nuclear (RMN) de 1H, se demostró que la fracción molar de MPDL en el copolímero (FMPDL) varió de 0,038 a 0,108 con un 46% de unidades de MPDL abiertas en promedio (Fig. 3b). Además, cuanto más MPDL haya en la alimentación de comonómero, menor será el peso molecular, como se vio anteriormente con otros pares de CKA/monómero de vinilo23,37,38.

un gráfico cinético de conversión frente a tiempo de la copolimerización RAFT de AAm con MPDL (Tabla 1, P0–P4) en DMSO anhidro iniciado por AIBN a 70 °C. Conversión = conversión de AAm determinada por RMN 1H; b Espectro de RMN de 1H (300 MHz, DMSO-d6) en la región de 0–9 ppm de copolímeros de P(AAm-co-MPDL) P0–P4 (Tabla 1); c evolución de los cromatogramas SEC de los copolímeros P0–P4 de P(AAm-co-MPDL) en función de FMPDL; d variación de la transmitancia de la solución frente a la temperatura de la solución de copolímeros P(AAm-co-MPDL) P2–P4 en agua a 10 mg mL−1 (1 °C min−1, líneas sólidas y punteadas para enfriamiento y calentamiento, respectivamente) ; Evolución de los cromatogramas SEC en un momento diferente durante la degradación hidrolítica en condiciones aceleradas (5% en peso de KOH) del copolímero P4 de P(AAm-co-MPDL).

A continuación, se probó la solubilidad de los diferentes copolímeros en agua (10 mg mL−1) mediante mediciones de transmitancia realizadas entre 5 y 50 °C (Fig. 3d). Mientras que PAAm (P0) y P(AAm-co-MPDL) con FMPLDL = 0,038 (P1) eran completamente solubles en agua independientemente de la temperatura, los copolímeros con mayores cantidades de MPDL (P2–P4) mostraron una transición marcada de tipo UCST al enfriarse. Además, la variación de FMPDL de 0,043 a 0,108 permitió un ajuste fino de la termosensibilidad, como se muestra en el aumento del punto de enturbiamiento (Tcp) de 15 a 38 °C (Fig. 1 complementaria). Los copolímeros de P(AAm-co-MPDL), P2 y P3 dieron una UCST al enfriarse pero no al calentarse debido a la formación de agregados estables. Sin embargo, se observó una transición reversible para el copolímero con el mayor contenido de MPDL (P4), que dio el mismo punto de enturbiamiento cerca de la temperatura corporal (Tcp = 38 °C) cada vez. La degradación de los copolímeros de P(AAm-co-MPDL) se realizó luego en condiciones aceleradas (es decir, hidróxido de potasio (KOH) acuoso al 5 % en peso para investigar la presencia de grupos éster abiertos. Mientras que el copolímero de P(AAm-co-MPDL) P1 mostró un Mn casi constante después de la degradación debido a su cantidad demasiado baja de unidades MPDL abiertas, los copolímeros P (AAm-co-MPDL) P2-P4 llevaron a una disminución en Mn hasta -31% como lo muestra la cromatografía de exclusión por tamaño (SEC) (Fig. 3e y Fig. 2 complementaria). Aunque significativa, esta degradación parecía menor de lo esperado de acuerdo con los valores teóricos de Mn después de la degradación (Mn, grados teóricos, Tabla 1). Esto puede explicarse no solo por la limitación cantidad de MPDL insertada en el copolímero debido a la propensión de los CKA a difícilmente copolimerizar con la mayoría de los monómeros acrílicos, pero también por la fracción significativa de unidades de MPDL retenidas en el anillo.

Para confirmar el papel clave del anillo aromático de CKA en el establecimiento de la UCST y, por lo tanto, la relevancia de la analogía estructural entre los copolímeros P(AAm-co-MPDL) y P(AAm-co-S), sintetizamos copolímeros similares con MDO como CKA (Tabla 1, P5-P8, Figs. 3 y 4 complementarias). Se obtuvieron características macromoleculares comparables a pesar de aumentar la dispersión al aumentar la fracción molar MDO inicial (Mn, exp = 14–53.4 kg mol−1, Đ = 1.7–4.4, Fig. 5 complementaria). Los copolímeros se degradaron con éxito en condiciones aceleradas con una disminución de hasta el 88 % en Mn (Fig. 6 complementaria). Sin embargo, ninguno de los copolímeros de P(AAm-co-MDO) mostró una UCST a pesar de una amplia gama de composiciones (FMDO = 0,095–0,44) probadas. De hecho, todos los copolímeros eran solubles en agua en el rango de temperatura de 0 a 100 ° C, excepto el que tenía el contenido más alto de MDO (P8), que era insoluble en agua (Fig. 7 complementaria). Cabe señalar que aún se pueden obtener copolímeros de P(AAm-co-MDO) termosensibles, pero mediante un proceso de polimerización por radicales libres que produce estructuras mal definidas que comprenden ramas de PMDO que fueron responsables de la termosensibilidad, pero impidieron la solubilidad completa en agua de los copolímeros, cuya degradación no ha sido demostrada33.

Estos resultados confirmaron nuestra hipótesis, ya que mostraron que una simple copolimerización mediada por RAFT entre AAm y un CKA que contiene un anillo aromático como MPDL permitió la síntesis directa de copolímeros de vinilo UCST degradables y bien definidos debido a la presencia de donantes de enlaces de hidrógeno ( grupo NH de la amida primaria en unidades AAm) y aceptores (centro de los anillos fenilo en unidades MPDL)39.

A continuación, se copolimerizó AAm con BMDO como un segundo CKA que contiene un anillo aromático en condiciones similares para: (i) evaluar la viabilidad de copolímeros de P(AAm-co-BMDO) bien definidos, degradables y UCST y (ii) determinar la mejor sistema de copolimerización antes de futuras investigaciones fisicoquímicas y biorelacionadas. Más allá de las posibles diferencias en términos de inserción de CKA y cantidad de unidades de anillo abierto entre MPDL y BMDO, también sospechamos que la diferencia en la posición del anillo aromático entre esos dos monómeros puede afectar el establecimiento de enlaces de hidrógeno y, por lo tanto, la termosensibilidad.

Los copolímeros P(AAm-co-BMDO) (P9–P17, Tabla 2) se obtuvieron a 0,8 M en DMSO anhidro, ya que las copolimerizaciones realizadas entre 2 y 8 M dieron soluciones demasiado viscosas en <1 h y mayores proporciones de BMDO cerrado (Suplementario Tabla 1 y figuras complementarias 8 y 9). Al variar fBMDO,0 de 0 a 0,55, las conversiones de monómero después de 16 h estaban en el rango de 96 a 67 %, y cuanto más BMDO había en la alimentación, menor era la conversión (Fig. 4a). Los pesos moleculares de los copolímeros oscilaron entre 18,6 y 6,1 kg mol−1 con dispersancias bastante bajas (Đ = 1,2–1,5) (Fig. 4c). También se realizó la cinética de copolimerización completa para P13 mediante la extracción de muestras a intervalos regulares para garantizar el crecimiento lineal del copolímero con conversión (Fig. 10 complementaria). Sorprendentemente, se demostró mediante 1H NMR que no solo se podían introducir mayores contenidos en BMDO en comparación con MPDL con proporciones de alimentación similares (por ejemplo, fBMDO,0 = 0,50 y fMPDL,0 = 0,80 llevaron a FCKA relativamente cercano de 0,102 y 0,108 , respectivamente), pero el porcentaje promedio de unidades de BMDO con anillo abierto fue mucho mayor que con MPDL (89 vs. 46%, respectivamente), lo que sugiere una mayor susceptibilidad a la hidrólisis (Fig. 4b). Dado este fuerte beneficio, decidimos seleccionar el sistema de copolimerización AAm/BMDO para una evaluación adicional. Se determinó que las relaciones de reactividad de AAm/BMDO eran rAAm = 13,02 y rBMDO = 0,23, utilizando el método de mínimos cuadrados no lineales (Figura complementaria 11)40,41. Estos valores son bastante similares a los informados para la copolimerización de BMDO con N-isopropilacrilamida (NIPAAm) (rNIPAAm = 7,31 y rBMDO = 0,11 a 120 °C)42.

un gráfico cinético de conversión frente al tiempo de la polimerización RAFT de AAm con BMDO en DMSO anhidro iniciada por AIBN a 70 °C. Conversión = conversión de AAm determinada por RMN 1H; b Espectro de 1H RMN (300 MHz, DMSO-d6) en la región de 0–9 ppm de los copolímeros P(AAm-co-BMDO) P9–P17 (Tabla 2); c evolución de los cromatogramas SEC de los copolímeros P(AAm-co-BMDO) P9–P17 en función de FBMDO; d variación de la transmitancia de la solución frente a la temperatura de la solución de copolímeros P(AAm-co-BMDO) P13–P17 en agua a 10 mg mL−1 (1 °C min−1, líneas sólidas y punteadas para enfriamiento y calentamiento, respectivamente) ; e variación del diámetro promedio de intensidad (Dz) de DLS vs. temperatura de la solución de copolímeros P(AAm-co-BMDO) P13–P17 en agua (10 mg mL−1) al enfriar (1 °C min−1); f evolución de Tcp medida por UV al calentar en función de FBMDO para los copolímeros P13–P17 (la línea azul discontinua es una regresión lineal solo como guía para los ojos).

Como era de esperar, los copolímeros P (AAm-co-BMDO) también exhibieron transiciones UCST bruscas tanto al enfriar como al calentar, siempre que contuvieran suficiente BMDO (Fig. 4d). De hecho, PAAm (P9) y P(AAm-co-BMDO) con FBMDO = 0.017–0.068 (P10–P12) fueron completamente solubles en agua en el rango de temperatura de 0–100 °C, mientras que los copolímeros P13–P17 dieron un aumento de Tcp de 25 a 52 ° C con FBMDO (Fig. 12 complementaria). Es importante destacar que esto permitió obtener una gama de UCST adecuada para aplicaciones biomédicas, ya que tanto la temperatura ambiente como la corporal se cubrieron simplemente ajustando el contenido de BMDO en el copolímero. Además, el uso de BMDO en lugar de MPDL permitió obtener UCST completamente reversible con histéresis mínima entre enfriamiento y calentamiento para todos los copolímeros termosensibles (Fig. 4d). También permitió un aumento bastante lineal de Tcp con FBMDO y un rango mucho más amplio de Tcp para cubrir un rango más estrecho de contenido de CKA (ΔTcp = 27 °C para ΔFBMDO = 0,035 frente a ΔTcp = 23 °C para ΔFMPDL = 0,065) (Figura 4f). El último punto muestra que el ajuste fino de la Tcp no es a expensas de fuertes variaciones en la composición del copolímero y su degradación esperada. A modo de comparación, los copolímeros de vinilo P(AAm-co-S) no degradables exhibieron un comportamiento UCST en un rango mucho más estrecho de temperatura y composición del copolímero (ΔTcp = 12 °C para ΔFS = 0,02)35.

La dispersión de luz dinámica (DLS) se usó para monitorear los cambios en el diámetro promedio de intensidad (Dz) de los copolímeros termosensibles en agua al enfriar y calentar, y representó los valores de Tcp en excelente acuerdo con los obtenidos por mediciones de transmitancia (Fig. 4e y Fig. Suplementaria . 13). Por encima de la UCST, los copolímeros eran completamente solubles y se caracterizaban por un Dz promedio de ~10 nm mientras que, al enfriarse, el Dz promedio aumentó abruptamente a ~2–5 µm, lo que demuestra la formación de agregados. La formación de tales agregados también se controló mediante microscopía óptica (Fig. 14 complementaria).

Para obtener más información sobre el comportamiento UCST de este sistema de copolimerización, también se investigó la dependencia del punto de enturbiamiento del peso molecular para un valor fijo de fBMDO,0 y de la concentración de copolímero. Primero se realizaron copolimerizaciones adicionales con fBMDO, 0 = 0.4 apuntando a grados promedio de polimerización, DPn, th, de 400 y 600 (P18 y P19, respectivamente, Tabla complementaria 2) para compararlos con P13 (DPn, th = 200). Cuanto mayor sea DPn, th, mayor será el peso molecular (Mn, exp = 7,6–10,2 kg mol−1, Đ = 1,4–1,8), pero menor será la conversión y el contenido de BMDO (Fig. 5a y Fig. 15 complementaria) . Estos resultados están en línea con las relaciones de reactividad desfavorables que dan los copolímeros de tipo gradiente que dan como resultado un enriquecimiento gradual en CKA a lo largo de la cadena del copolímero. Por lo tanto, cuando la conversión es menor, también lo es el contenido de BMDO. Esto tiene consecuencias directas en la UCST de los copolímeros, ya que el Tcp se desplazó hacia temperaturas más bajas (de ~23 a ~12 °C medido por transmitancia y DLS), como resultado de secuencias de AAm más largas que promueven las interacciones polímero-agua (Fig. 5b y c).

a Evolución de los cromatogramas SEC de los copolímeros P(AAm-co-BMDO) con el grado de polimerización medio objetivo (DPn, th); b variación de la transmitancia de la solución frente a la temperatura de la solución de copolímeros de P(AAm-co-BMDO) P13 y P18–P19 en agua a 10 mg mL−1 al enfriar (1 °C min−1); c Variación del diámetro promedio de intensidad (Dz) de DLS vs. temperatura de los copolímeros P(AAm-co-BMDO) P13 y P18–P19 en solución en agua (10 mg mL−1) al enfriar (1 °C min−1 ) durante los ciclos de temperatura; d variación de la transmitancia de la solución frente a la temperatura de P(AAm-co-BMDO) P13 a diferentes concentraciones en agua, es decir, 1, 2,5, 5 y 10 mg mL−1 al enfriar (1 °C min−1).

Luego se estudió la dependencia de la UCST de la concentración de copolímero midiendo la Tcp de soluciones acuosas de P(AAm-co-BMDO) P13 a diferentes concentraciones que van desde 1 a 10 mg mL−1 (Fig. 5d). Similar a los copolímeros UCST basados ​​en AAm no degradables35,43,44, el Tcp disminuyó gradualmente con la dilución del copolímero (de 25 °C a 10 mg mL−1 a 20 °C a 2,5 mg mL−1), hasta que el copolímero pierde su UCST a 1 mg mL−1. A una concentración baja de copolímero, las interacciones hidrofóbicas intramoleculares e intermoleculares copolímero-copolímero fueron menos favorecidas en comparación con las interacciones hidrofílicas copolímero-agua, lo que resultó en valores de Tcp más bajos.

En general, apuntar a diferentes DPn a un valor fijo de fBMDO,0 y variar la concentración de copolímero también ofreció de forma independiente la posibilidad de ajustar la respuesta térmica de los copolímeros de P(AAm-co-BMDO).

A continuación, se evaluó la degradación de los copolímeros de P(AAm-co-BMDO) en tres condiciones diferentes: (i) degradación hidrolítica en condiciones aceleradas (5% en peso de KOH, ta); (ii) degradación hidrolítica en condiciones fisiológicas (PBS, pH 7,4, 37 °C) y (iii) degradación enzimática utilizando lipasas (Candida antartica, PBS, pH 7,4, 37 °C) (Tabla complementaria 3).

Debido a sus proporciones más altas en BMDO de anillo abierto que sus contrapartes que contienen MPDL en composiciones similares, la degradación de los copolímeros de P (AAm-co-BMDO) en condiciones aceleradas fue mucho más pronunciada, como lo muestran los cambios significativos de las trazas de SEC hacia menor Mn incluso para copolímeros con bajos contenidos de BMDO (Tabla 2 y Figs. 16 y 17 complementarias). De hecho, 1,7 mol.% BMDO ya condujo a una disminución del 45% en Mn (P10), y se observaron degradaciones muy altas de hasta un 90% de disminución en Mn para valores más altos de FBMDO, con un acuerdo bastante bueno con los valores predichos. La 1H NMR mostró la desaparición casi completa de las características máximas del protón h a 4,9–5,2 ppm en la posición alfa del grupo éster de BMDO, lo que confirma la escisión de los grupos éster (Fig. 18 complementaria).

Sorprendentemente, todos los copolímeros de P(AAm-co-BMDO) exhibieron una degradación hidrolítica extremadamente rápida en condiciones fisiológicas, ya fueran totalmente solubles en agua (P10–P12) o termosensibles con una UCST por debajo (P13) o por encima de 37 °C (P17 ). La disminución de Mn, que solo se rigió por el contenido de BMDO, estuvo en el rango de 21 a 58% después de solo 24 h y en el rango de 43 a 67% después de 7 días (Fig. 6a, b). La homogeneidad de los productos de degradación también se demostró mediante los cambios homogéneos de los cromatogramas SEC y la dispersión constante de los productos de degradación con el tiempo, excepto P8, que exhibe la mayor cantidad de MDO (FMDO = 0,44) (Fig. 19 complementaria). No solo estas cinéticas de degradación fueron mucho más rápidas que las de cualquier copolímero de vinilo que contiene CKA informado hasta ahora (consulte la Fig. 20 complementaria para comparar con la literatura), sino que también fueron más rápidas que las de los poliésteres alifáticos tradicionales como PLA e incluso PLGA bajo las mismas condiciones (Fig. 6b y Fig. 21 complementaria), que no tiene precedentes para los copolímeros de vinilo. Teniendo en cuenta que otros copolímeros hidrofílicos que contienen CKA (p. ej., P(OEGMA-co-MPDL), P(GMA-co-BMDO))19,20 exhiben una degradación hidrolítica mucho más lenta en condiciones fisiológicas que las contrapartes de AAm, esto destaca la importancia crucial papel de la AAm en la degradación hidrolítica muy rápida de los copolímeros de P(AAm-co-CKA). Esto probablemente se explica por la hidrofilia muy alta de los restos de AAm que conducen a una absorción de agua óptima y una solvatación eficiente de los grupos éster. Estos resultados representan un logro importante ya que, por primera vez, un sistema de copolimerización permitió eludir la degradación hidrolítica muy lenta en condiciones fisiológicas de los copolímeros de vinilo que contienen CKA y superar la degradación hidrolítica de los poliésteres alifáticos tradicionales. También es interesante notar que la degradación también se llevó a cabo con éxito en agua desionizada (pH ~ 5.5) y resultó en una disminución de Mn de casi el 40% para P17 después de solo 3 días (Fig. 22 complementaria). Esta cinética de degradación rápida también se observó mediante mediciones UV durante cinco ciclos consecutivos de enfriamiento y calentamiento de la solución de copolímero P13 de P (AAm-co-BMDO) en agua realizados durante un período de 7 h (Fig. 23 complementaria). El punto de enturbiamiento medido se vio notablemente afectado desde el primer ciclo hasta el quinto, como lo demuestra una disminución de ~1 a 2 °C después de cada ciclo, probablemente debido a la degradación continua del copolímero. Curiosamente, tal ajuste de la transición UCST durante la degradación es una característica adicional interesante que se ha mostrado en copolímeros de vinilo que contienen enlaces disulfuro30 o tioésteres34, pero nunca antes en polímeros basados ​​en CKA.

a Evolución de los cromatogramas SEC en diferentes momentos durante la degradación hidrolítica en PBS (pH 7,4, 37 °C) de copolímeros P(AAm-co-BMDO) (Tabla 2, P9–P13 y P17) en función de FBMDO: (1) P9 (FBMDO = 0, sin Tcp); (2) P10 (FBMDO = 0,017, sin Tcp); (3) P11 (FBMDO = 0,027, sin Tcp); (4) P12 (FBMDO = 0,068, sin Tcp); (5) P13 (FBMDO = 0,093, Tcp = 25 °C) y (6) P17 (FBMDO = 0,128, Tcp = 52 °C). b Evolución de la masa molar promedio en número, Mn, con el tiempo durante la degradación hidrolítica en condiciones fisiológicas (PBS, pH 7.4, T = 37 °C) de: (1) PAAm (P9), P(AAm-co-BMDO) copolímeros P10–P13 y P17 y (2) PLA y PLGA; c evolución del Mn con el tiempo durante la degradación enzimática con lipasas (Candida antartica, PBS, pH 7.4, T = 37 °C) de: (1) PAAm (P9), P(AAm-co-BMDO) copolímeros P13 y P17 y (2) PLA y PLGA.

Curiosamente, a pesar de su falta de termosensibilidad, los copolímeros de P(AAm-co-MDO) también exhibieron una rápida degradación hidrolítica en condiciones fisiológicas, sin importar si eran solubles en agua (P6) o insolubles en agua (P8) (Figs. 24 y 25 complementarias) . Su cinética de degradación fue similar a la de los copolímeros de P (AAm-co-BMDO) con una disminución de Mn en el rango de 65 a 75% después de 7 días. Estos resultados, por lo tanto, ampliaron el campo de aplicación del sistema de copolimerización AAm/CKA ya que dependiendo de la naturaleza de la CKA y de su contenido, copolímeros bien definidos solubles en agua, insolubles o UCST con rápida degradación hidrolítica en condiciones fisiológicas/agua puede sintetizarse fácilmente.

Los copolímeros de PAAm, P(AAm-co-BMDO) P13 y P17, y los copolímeros de P(AAm-co-MDO) P6 y P8 también se sometieron a degradación enzimática en PBS a 37 °C en presencia de lipasas de Candida antartica, un subclase de esterasas. Si bien el Mn de PAAm se mantuvo constante a lo largo del tiempo, la cinética de degradación de P13 y P17 fue bastante similar a la realizada en condiciones fisiológicas y alcanzó ~ 60% después de 7 días (Fig. 6c y Fig. 26 complementaria). No obstante, sospechábamos que, dada la rápida degradación hidrolítica en PBS de estos copolímeros, era difícil determinar la contribución de las enzimas y que la disminución de Mn en la Fig. 6c reflejaba principalmente la contribución de la degradación hidrolítica. En cuanto a los copolímeros que contienen MDO, P8 se degradó más rápidamente enzimáticamente que hidrolíticamente (especialmente dentro de los primeros 3 días), probablemente debido a su alto contenido de MDO, mientras que se obtuvo la tendencia opuesta para P6 (Figuras complementarias 27 y 28).

Reconociendo que es esencial evaluar la seguridad de los materiales desarrollados antes de cualquier uso biofarmacéutico, una pequeña biblioteca de copolímeros solubles en agua o UCST que contienen BMDO con contenido variable de BMDO (P9–P14 y P17, FBMDO = 0–0.128, Tabla 2) y Mn (P13 y P18–P19, Mn, exp = 7,6–10,2 kg mol−1, Tabla complementaria 2) se probó en tres líneas celulares sanas representativas para investigar cualquier efecto citotóxico sobre la base de ensayos de viabilidad celular y morfología celular observaciones (Fig. 7 y Figs. Suplementarias 29–32). Las líneas celulares analizadas fueron: (i) fibroblastos murinos (NIH/3T3), que son una de las líneas celulares de fibroblastos más utilizadas; (ii) células endoteliales de vena umbilical humana (HUVEC), que son altamente sensibles y dan una respuesta rápida a estímulos externos y (iii) macrófagos murinos (J774.A1), que son células monocitarias típicas que juegan un papel importante en la fagocitosis45,46.

a Viabilidad celular (ensayo MTT) después de la incubación de: (1) células NIH/3T3; (2) células HUVEC; y (3) células J774.A1 con copolímeros P(AAm-co-BMDO) en función del contenido de BMDO (P9–P14 y P17, Tabla 2) a 0,01 y 0,1 mg mL−1. Los resultados se expresaron como el porcentaje de absorción de las células tratadas (n = 3 para cada condición, las barras de error representan la media ± SD) en comparación con los valores obtenidos de las células de control no tratadas; b imágenes ópticas de células NIH/3T3 (primera columna, a–h), células HUVEC (segunda columna, I–P) y células J774.A1 (tercera columna, Q–X) tomadas por microscopía óptica después del tratamiento durante 72 h con Copolímeros de P(AAm-co-BMDO) (0.1 mg mL−1): Línea 1: células no tratadas; línea 2: P9; línea 3: P10; línea 4: P11; línea 5: P12; línea 6: P13; línea 7: P14; línea 8: P17. Barra de escala = 100 μm.

En general, todos los copolímeros probados mostraron viabilidades celulares altas (75-100 %) mediante el ensayo MTT (bromuro de 3-[4,5-dimetiltiazol-2-il]-2,5 difenil tetrazolio) en las tres líneas celulares a 0,01 y 0,1 mg. mL−1 (Fig. 7a y Fig. 29 complementaria). Además, no se observó una tendencia clara ya que ni la presencia ni la ausencia de una transición UCST, ni el contenido de BMDO, ni el rango de DPn, los probados parecían influir en la viabilidad celular. Además, variar la temperatura de transición en un amplio rango de valores (Tcp = 12–52 °C) tampoco afectó la citotoxicidad. También vale la pena mencionar que el tiempo de incubación de 72 h con células (para permitir al menos dos tiempos de duplicación de células para realizar ensayos de MTT relevantes) combinado con la rápida degradación hidrolítica de los copolímeros, sugiere que ni los copolímeros de partida ni sus productos de degradación fueron tóxico para las células. Este punto es clave ya que representa una indicación importante sobre la biocompatibilidad final de los copolímeros.

Las observaciones de la morfología celular después de una incubación de 72 h con los diferentes copolímeros confirmaron los resultados de viabilidad celular, ya que no se observaron pruebas de efectos tóxicos en comparación con las células no tratadas o las células tratadas con PAAm no modificado (Fig. 7b y Figs. 30–32 complementarias). De hecho, no se observaron diferencias en el tamaño, la forma, la densidad celular o la proliferación celular, independientemente del copolímero, su concentración o la línea celular ensayada.

Este estudio de citotoxicidad, por lo tanto, sugiere que la PAAm modificada químicamente mediante la introducción de unidades BMDO en su columna vertebral no afectó negativamente la viabilidad celular ni la morfología de tres líneas celulares sanas representativas.

Para ilustrar la versatilidad de este sistema de copolimerización, primero se extendió con éxito la cadena del copolímero P13 de P(AAm-co-BMDO) con AAm mediante polimerización RAFT a 70 °C durante 2 h para producir un P(AAm-co-BMDO)-b- Copolímero dibloque PAAm (Mn, exp = 18,2 kg mol−1, Đ = 1,6). A pesar de la ligera ampliación de la dispersión, se mostró un cambio gradual de las trazas de SEC hacia pesos moleculares más altos. Su bloque de sacrificio P (AAm-co-BMDO) luego se degradó parcialmente en condiciones hidrolíticas para producir un copolímero de Mn más bajo (Mn, exp = 16.1 kg mol-1, Đ = 1.5) como se muestra por SEC (Suplementario Fig. 33).

Luego, la ingeniería macromolecular se amplió aún más a la síntesis de copolímeros dibloque anfifílicos P(AAm-co-BMDO)-b-POEGMA para su aplicación en la formulación de nanopartículas UCST PEGiladas degradables con fines de administración de fármacos. Para determinar la vía sintética más eficiente, estos copolímeros se lograron mediante RAFT en DMSO anhidro a 70 °C mediante: (i) extensión de cadena de un agente POEGMA macro RAFT (Mn, exp = 7400 g mol−1, Đ = 1,1) por una mezcla 50:50 de AAm y BMDO (P20) o (ii) extensión de cadena de un agente macro-RAFT P(AAm-co-BMDO) (Mn, exp = 4800 g mol−1, Đ = 1,5, FBMDO = 0.069) por OEGMA (P21) (Tabla complementaria 4 y Fig. 8a). En ambos casos, los copolímeros dibloque deseados se obtuvieron con FBMDO ~0.06 y >86% de BMDO abierto, según lo evaluado por 1H NMR y SEC, junto con un mejor control (Đ = 1.3 vs 1.9) cuando se partía de un P(AAm-co- BMDO) agente macro-RAFT (P21) (Figs. 34 y 35 complementarias). Como se observó en las mediciones de transmitancia (Tabla complementaria 4), ambos copolímeros mantuvieron con éxito sus propiedades UCST con un pequeño cambio de los valores de Tcp hacia valores más bajos cercanos a la temperatura ambiente (Tcp ~17–20 °C) en comparación con un P(AAm) similar. -co-BMDO) copolímero (P14). Esto probablemente se deba a la influencia del bloque POEGMA soluble en agua, como ya se ha visto con otros sistemas44. Curiosamente, la presencia del bloque POEGMA también confirió una transición LCST al copolímero a ~ 73 ° C (Fig. 8b), y los tres estados de solubilidad diferentes se pueden alcanzar de manera reversible con la oscilación de temperatura (Película complementaria 1).

a Síntesis de copolímeros dibloque anfifílicos POEGMA-bP(AAm-co-BMDO) (P20) y P(AAm-co-BMDO)-b-POEGMA (P21) mediante polimerización RAFT a 70 °C en DMSO anhidro usando POEGMA o P( AAm-co-BMDO) como macro-CTA, respectivamente; b variación de la transmitancia de la solución frente a la temperatura y las imágenes asociadas de la solución de copolímeros dibloque P20–P21 doblemente termosensibles P(AAm-co-BMDO)-b-POEGMA en agua a 10 mg mL−1 (1 °C min−1, líneas continuas y punteadas para refrigeración y calefacción, respectivamente); c representación esquemática de la morfología de las nanopartículas de copolímero de dibloque P(AAm-co-BMDO)-b-POEGMA doblemente termosensibles tras el cambio de temperatura; d evolución del diámetro promedio en número (Dn) de las nanopartículas de copolímero dibloque P20 (1) y P21 (2) doblemente termosensibles P(AAm-co-BMDO)-b-POEGMA a 1,67 mg mL−1 a T = 40 ° C, 5 °C y 85 °C. e Imagen TEM representativa con tinción negativa de nanopartículas P20 (véanse las figuras complementarias 39 y 40 para ver otras imágenes TEM y la distribución del tamaño de las partículas, respectivamente). este experimento fue repetido tres veces con resultados similares.

Al aprovechar la característica UCST de los copolímeros dibloque, se logró su formulación en nanopartículas degradables bien definidas a través de un proceso de nanoprecipitación de agua libre de solventes orgánicos en presencia de 0.1% en peso de Pluronic como surfactante. Consistió en agregar una solución acuosa del copolímero P(AAm-co-BMDO)-b-POEGMA preparado a 25 °C (T > UCST) a una solución acuosa a 5 °C (T < UCST) bajo agitación (Fig. 36). Por lo tanto, este procedimiento de nanoprecipitación puede operar completamente en agua, lo que es muy ventajoso en comparación con la técnica clásica de nanoprecipitación que requiere el uso de un solvente orgánico miscible en agua (por ejemplo, acetona, tetrahidrofurano (THF), etc.), cuya eliminación a menudo puede ser difícil. incompleto. Las mediciones de DLS revelaron que se obtuvieron nanopartículas bien definidas en ambos casos con diámetros promedio de ~ 200 nm y distribuciones de tamaño de partícula estrechas (Tabla complementaria 4). Se demostró que la formación de las nanopartículas y las características coloidales son reversibles al oscilar la temperatura entre 5 °C (estado insoluble, T < UCST, nanopartículas con núcleo de P(AAm-co-BMDO)), 40 °C (estado soluble, UCST < T < LCST) y 85 °C (estado insoluble, T > LCST, nanopartículas con núcleo POEGMA) hasta al menos tres ciclos consecutivos (Fig. 8c, d y Figs. 37 y 38 complementarias), lo que conduce a degradables, doblemente termosensibles47 ,48 nanopartículas de copolímero. Estas variaciones en los diámetros promedio en número, intensidad y volumen (Figs. 37 y 38 complementarias) confirmaron las diferentes transiciones observadas por las mediciones UV. El análisis de microscopía electrónica de transmisión (TEM) confirmó la formación de nanopartículas esféricas y estrechamente dispersas (Fig. 8e y Figs. Suplementarias 39 y 40), que exhiben diámetros en el rango de 60-80 nm, que corresponden a los diámetros en estado seco.

La evolución de sus propiedades coloidales fue monitoreada por DLS durante el almacenamiento a 37 ° C y 4 ° C (Fig. 41 complementaria). Se obtuvo una fuerte disminución en el diámetro promedio de 180 nm a 50 nm después de 3 días a temperatura corporal, lo que atestigua su desintegración (probablemente a través del desmontaje concomitante y la degradación hidrolítica). Por otro lado, a 4 °C, su diámetro promedio permaneció casi constante durante el almacenamiento, debido a una ralentización del proceso de degradación (pero no a su detención como lo demuestra el aumento de la distribución del tamaño de partícula).

Para expandir el campo de posibilidades en términos de aplicaciones, la transición UCST también se ajustó cerca de la temperatura corporal simplemente ajustando la longitud de la cadena POEGMA y la composición del bloque P (AAm-co-BMDO). Esto se logró apuntando a un macro-CTA POEGMA más corto (Mn, exp = 3200 g mol−1, Đ = 1,33), para promover valores UCST más altos, seguido de una extensión de cadena con AAm/BMDO (fBMDO,0 = 0,55) para producir un Mn final, exp = 7700 g mol−1; Đ = 1,5, con FBMDO = 0,126 (Tabla complementaria 5). Este copolímero (P22) exhibió una transición UCST en el rango de 40 a 42 °C, como lo muestran las mediciones de transmitancia y DLS (Figuras complementarias 42 y 43), lo que podría ser relevante para la terapia de hipertermia leve. Curiosamente, se observó un cambio progresivo de su Tcp a valores más bajos durante la degradación en condiciones fisiológicas hasta los 16 días cuando alcanzó los 3 ° C (Fig. 44 complementaria).

En este estudio, descubrimos que la rROP mediada por RAFT de AAm con diferentes CKA (MPDL, BMDO y MDO) representaba una ruta directa hacia la síntesis de una amplia gama de copolímeros de P (AAm-co-CKA) en su mayoría bien definidos que exhibió una degradación rápida y sintonizable en condiciones fisiológicas (PBS, pH 7.4, 37 °C), que incluso superó a la del PLA e incluso al PLGA en las mismas condiciones. Con los CKA que contienen anillos aromáticos, los copolímeros resultantes incluso mostraron transiciones UCST ajustables y agudas en el rango de ~10 a 50 °C, lo que podría ser de gran interés para las aplicaciones de administración de fármacos. La transición UCST podría ajustarse fácil e independientemente modificando el contenido de CKA en el copolímero, la concentración de copolímero y el grado de polimerización promedio objetivo. Dado que la copolimerización se aplicó con éxito tanto a MDO como a MPDL/BMDO, la degradación puede desvincularse de la termosensibilidad, lo que también es ventajoso dependiendo de la aplicación objetivo. Además, los ensayos preliminares de viabilidad celular mostraron que tenían una buena citocompatibilidad en tres líneas celulares sanas representativas diferentes, lo que representa un resultado clave considerando las aplicaciones biomédicas.

Para demostrar la robustez y la amplia aplicabilidad de este enfoque sintético, se sintetizaron copolímeros dibloque POEGMA-bP(AAm-co-CKA), cuya UCST permitió su formulación mediante un innovador proceso de nanoprecipitación all-water, que evitó el uso de solventes orgánicos, en nanopartículas estrechamente dispersas de ~200 nm de diámetro adecuadas para aplicaciones de administración de fármacos. Debido a la LCST del bloque POEGMA, estas nanopartículas incluso exhibieron transiciones UCST y LCST, y pueden considerarse como el primer ejemplo de nanopartículas doblemente termosensibles y degradables.

Teniendo en cuenta todas sus características y ventajas importantes, creemos que este sistema de copolimerización dos en uno, en el que la CKA confiere degradabilidad y termosensibilidad eficientes, podría dar lugar a bloques de construcción macromoleculares muy útiles que ampliarían en gran medida el arsenal actual y algo limitado de materiales degradables. Por lo tanto, puede ofrecer interesantes perspectivas para una amplia gama de diferentes aplicaciones que van desde la degradación de materiales hidrofílicos a base de plástico como el PAAm, que es un polímero clave en este campo49, hasta la administración de fármacos mediada por hipertermia y la ingeniería de tejidos.

Los cetenacetales cíclicos MPDL, BMDO y MDO se prepararon utilizando bromoacetales cíclicos como intermediarios50. CDSPA (97 %), AAm (≥99 %), AIBN (98 %), DMSO anhidro (≥99,9 %), acetonitrilo anhidro (≥99,9 %), solución salina tamponada con fosfato de Dubbelco (PBS) adecuada para cultivo celular, lipasas B de Candida antartica inmovilizada en Immobead 150 (4584 U g−1), OEGMA (Mn = 300 g mol−1), ácido poli(d,l-lactida-co-glicólido) terminado (Resomer® RG 502 H, PLGA, Mw = 7000–17 000 g mol−1), ácido poli(d,l-láctido) terminado (Resomer® R 202 S, PLA, Mw = 10 000–18 000 g mol−1) y KOH (90 %) adquiridos de Sigma-Aldrich . El metanol (grado analítico HPLC) y el éter dietílico (grado analítico HPLC) se adquirieron de Carlo Erba. El THF (grado HPLC) se adquirió de VWR Chemicals. DMSO-d6 se adquirió de Eurisotop. Todos los reactivos y disolventes se usaron tal como se recibieron excepto AIBN que se purificó por recristalización en metanol y AAm que se recristalizó en cloroformo.

La espectroscopia de RMN se realizó en tubos de 5 mm de diámetro en DMSO-d6 a 25 °C. La espectroscopia de 1H-NMR se realizó en un espectrómetro Bruker Avance 300 a 300 MHz. La escala de desplazamiento químico se calibró en función de las señales internas del disolvente (δ = 2,50 ppm para DMSO-d6). Los datos se procesaron con el software MestReNova 11.0.4.

La SEC se realizó a 60 °C utilizando dos columnas en serie de Agilent Technologies (PL PolarGel-M, 300 × 7,5 mm; diámetro de la perla 8 µm; rango de masa molar 1000–5,00,000 g mol−1) precedidas por una precolumna de Agilent Technologies (PL PolarGel-M, 7,5 × 50 mm; diámetro de la perla 8 µm) y un sistema de detección triple (Viscotek TDA/GPCmax de Malvern) con un detector de índice de refracción diferencial, detectores de dispersión de luz de ángulo bajo y de ángulo recto y un viscosímetro diferencial detector. El eluyente fue DMSO con LiBr 100 mM y 0,36 % en peso de 2,6-di-terc-butil-4-metilfenol (BHT) como marcador a un caudal de 0,7 ml min−1. El sistema se calibró utilizando estándares de poli(metacrilato de metilo) (PMMA) (masas molares máximas, Mp = 540–342 900 g mol−1) de Agilent Technologies. Esto permitió la determinación de la masa molar promedio en número (Mn), la masa molar promedio en peso (Mw) y la dispersidad (Ð = Mw/Mn). Todas las muestras se filtraron sobre filtros de PTFE de 0,22 µm antes de la inyección. Los datos fueron recolectados y procesados ​​con el software OmniSEC 4.0.

La transmitancia de luz (%) de las muestras se midió utilizando un espectrómetro Lambda 25 UV/VIS equipado con un sistema Peltier PTP 1 + 1 para control de temperatura (PerkinElmer), a una longitud de onda de 500 nm, una longitud de paso de celda de 10 mm y bajo condiciones magnéticas. emocionante. Las muestras se prepararon a 10 mg mL−1 en agua desionizada y se colocaron en una cubeta de cuarzo. Las mediciones se llevaron a cabo enfriando primero la solución desde la temperatura más alta utilizada (T >> UCST) a una velocidad constante de 1 °C min−1 y luego volviendo a calentar la solución a la temperatura inicial a la misma velocidad. El punto de inflexión de la curva de transmitancia se consideró como el punto de nube UCST. Se determinó gráficamente por el máximo de la primera derivada de las curvas de refrigeración/calefacción. Los datos se recopilaron con el software Winlab 6.0.3.0730 y se procesaron con el software Data Processor and Viewer (DPV) 1.00.100.0010.

Los diámetros promedio de intensidad (Dz) de las nanopartículas y las distribuciones de tamaño de partículas se midieron mediante DLS con un Nano ZS de Malvern equipado con un láser He-Ne de 4 mW (longitud de onda de 633 nm) en un ángulo de dispersión fijo de 173°. Similar a las mediciones UV-Vis, las muestras se prepararon a 10 mg mL−1 y se colocaron en una cubeta de cuarzo. Las medidas de enfriamiento/calentamiento se tomaron a un intervalo de 1 °C a partir de T >> UCST y la solución se equilibró a cada temperatura durante 60 s antes de las medidas. El punto de inflexión de la curva de diámetros promedio de intensidad se consideró el punto de nube (UCST). Se determinó gráficamente por el máximo de la primera derivada de las curvas de refrigeración/calefacción. Los datos se procesaron con el software Malvern-Zetasizer 7.12.

Las imágenes ópticas de la solución de copolímero en agua se capturaron con un microscopio Leitz Diaplan equipado con una cámara Coolsnap ES (Roper Scientific). Las muestras para microscopía óptica se prepararon colocando una gota de la solución de copolímero (10 mg mL−1) a T < UCST y T > UCST en un portaobjetos de microscopio de vidrio antes del examen. Los datos fueron recolectados y procesados ​​con el software RS Image V1.9.2.

Las rejillas brillaban y se descargaban antes de su uso. Se depositaron 5 μL de suspensiones de nanopartículas (1,67 mg mL−1) mantenidas a 4 °C durante 5 min sobre rejillas de cobre recubiertas con una película de formvar-carbono. El exceso de solución se secó con papel de filtro. Luego, las muestras se tiñeron durante 30 s con ácido fosfotúngstico (2 %, p/v) y también se almacenaron a 4 °C. Luego se eliminó el exceso de solución utilizando papel filtro. Luego, las redes se analizaron utilizando un JEOL JEM-1400 que operaba a 80 kV. Las imágenes se adquirieron con una cámara Orius (Gatan Inc, EE. UU.). Los datos fueron recolectados y procesados ​​con el software Zen 2.6 (edición azul). Los tamaños se midieron con ImageJ 1.53a.

Un procedimiento típico (P2, Tabla 1) es el siguiente: en un vial de 40 ml, equipado con un septo de goma y una barra de agitación magnética, una mezcla de AAm (120 eq., 4,8 mmol, 0,34 g) y MPDL (fMPDL, 0 = 0,4, 80 eq., 3,2 mmol, 0,52 g) (mol total = 8 mmol), CDSPA (1 eq., 0,04 mmol, 16,1 mg) y AIBN (0,6 eq., 0,024 mmol, 3,9 mg) se disolvió en DMSO anhidro (1 ml). La solución se burbujeó con argón seco para eliminar el oxígeno disuelto durante 15 min a temperatura ambiente y luego se sumergió en un baño de aceite precalentado a 70 °C durante 16 h. A continuación, la solución se enfrió rápidamente al aire. Luego, el copolímero se precipitó tres veces en metanol frío de la siguiente manera: la mezcla de reacción se agregó primero gota a gota en 50 ml de metanol frío y se centrifugó a 15 000 × g a 10 °C durante 10 min. Después de descartar la fracción líquida, se agregaron 50 mL de metanol frío y el copolímero se suspendió en un baño sónico. La suspensión se centrifugó nuevamente y el procedimiento se repitió una vez más. A continuación, el P(AAm-co-MPDL) obtenido se secó a alto vacío hasta peso constante. El mismo procedimiento se adaptó de la siguiente manera para P0 [fMPDL,0 = 0, AAm (200 eq., 8 mmol, 0,57 g)], P1 [fMPDL,0 = 0,2, MPDL (40 eq., 1,6 mmol, 0,26 g) , AAm (160 eq., 6,4 mmol, 0,45 g)], P3 [fMPDL,0 = 0,6, MPDL (120 eq., 4,8 mmol, 0,78 g), AAm (80 eq., 3,2 mmol, 0,23 g)] y P4 [fMPDL,0 = 0,8, MPDL (160 eq., 6,4 mmol, 1,04 g), AAm (40 eq., 1,6 mmol, 0,11 g)].

Un procedimiento típico (P6, Tabla 1) es el siguiente: en un vial de 40 mL, equipado con un septo de goma y una barra agitadora magnética, una mezcla de AAm (120 eq., 4,8 mmol, 0,34 g) y MDO (80 eq. ., 3,2 mmol, 0,37 g) (mol total = 8 mmol), CDSPA (1 eq., 0,04 mmol, 16,1 mg) y AIBN (0,6 eq., 0,024 mmol, 3,9 mg) se disolvió en DMSO anhidro (1 ml) . La solución se burbujeó con argón seco para eliminar el oxígeno disuelto durante 15 min a temperatura ambiente y luego se sumergió en un baño de aceite precalentado a 70 °C durante 16 h. A continuación, la solución se enfrió rápidamente al aire. Luego, el copolímero se precipitó tres veces en metanol frío utilizando un procedimiento similar al descrito anteriormente para la síntesis de P0-P4. El mismo procedimiento se adaptó de la siguiente manera para P5 [fMDO,0 = 0,2, MDO (40 eq., 1,6 mmol, 0,18 g), AAm (160 eq., 6,4 mmol, 0,45 g)], P7 [fMDO,0 = 0,6 , MDO (120 eq., 4,8 mmol, 0,55 g), AAm (80 eq., 3,2 mmol, 0,23 g)] y P8 [fMDO,0 = 0,8, MDO (160 eq., 6,4 mmol, 0,73 g), AAm (40 eq., 1,6 mmol, 0,11 g)].

Un procedimiento típico (P13, Tabla 2) es el siguiente: en un vial de 40 ml, equipado con un septo de goma y una barra agitadora magnética, una mezcla de AAm (120 eq., 4,8 mmol, 0,34 g) y BMDO (80 eq. ., 3,2 mmol, 0,52 g) (mol total = 8 mmol), CDSPA (1 eq., 0,04 mmol, 16,1 mg) y AIBN (0,6 eq., 0,024 mmol, 3,9 mg) se disolvió en DMSO anhidro (10 ml) . La solución se burbujeó con argón seco para eliminar el oxígeno disuelto durante 15 min a temperatura ambiente y luego se sumergió en un baño de aceite precalentado a 70 °C durante 16 h. A continuación, la solución se enfrió rápidamente al aire. Luego, el copolímero se precipitó tres veces en metanol frío utilizando un procedimiento similar al descrito anteriormente para la síntesis de P0-P4. A continuación, el P(AAm-co-BMDO) obtenido se secó a alto vacío hasta peso constante. El mismo procedimiento se adaptó de la siguiente manera para P9 [fBMDO,0 = 0, AAm (200 eq., 8 mmol, 0,57 g)], P10 [fBMDO,0 = 0,2, BMDO (40 eq., 1,6 mmol, 0,26 g) , AAm (160 eq., 6,4 mmol, 0,45 g)], P11 [fBMDO,0 = 0,3, BMDO (60 eq., 2,4 mmol, 0,39 g), AAm (140 eq., 5,6 mmol, 0,4 g)], P12 [fBMDO,0 = 0,35, BMDO (70 eq., 2,8 mmol, 0,45 g), AAm (130 eq., 5,2 mmol, 0,37 g)], P14 [fBMDO,0 = 0,5, BMDO (100 eq., 4 mmol, 0,65 g), AAm (100 eq., 4 mmol, 0,28 g)], P15 [fBMDO,0 = 0,51, BMDO (102 eq., 4,1 mmol, 0,66 g), AAm (98 eq., 3,9 mmol, 0,28 g)], P16 [fBMDO,0 = 0,53, BMDO (106 eq., 4,2 mmol, 0,69 g), AAm (94 eq., 3,8 mmol, 0,27 g)] y P17 [fBMDO,0 = 0,55, BMDO ( 110 eq., 4,4 mmol, 0,71 g), AAm (90 eq., 3,6 mmol, 0,26 g)]. Nota: P9–P13 se precipitaron en metanol frío; P14-P16 se precipitaron en THF frío y P17 se precipitó en éter dietílico frío.

También se adaptó el mismo procedimiento de la siguiente manera para P18 [fBMDO,0 = 0,4, BMDO (160 eq., 3,2 mmol, 0,52 g), AAm (240 eq., 4,8 mmol, 0,34 g), CDSPA (1 eq., 0,02 mmol, 8,1 mg) y AIBN (0,6 eq., 0,012 mmol, 2 mg)] y P19 [fBMDO,0 = 0,4, BMDO (240 eq., 3,2 mmol, 0,52 g), AAm (360 eq., 4,8 mmol, 0,34 g), CDSPA (1 eq., 0,013 mmol, 5,4 mg) y AIBN (0,6 eq., 0,008 mmol, 1,3 mg)].

P(AAm-co-BMDO) P13 (Tabla 2, Mn, exp = 7600 g mol−1, Đ = 1,4, FBMDO = 0,093) se extendió en cadena con AAm de la siguiente manera: en un vial de 40 ml, equipado con un septo de goma y una barra de agitación magnética, una mezcla de AAm (200 eq., 8,0 mmol, 0,57 g), P(AAm-co-BMDO) P13 (1 eq., 0,04 mmol, 0,3 g) y AIBN (0,6 eq., 0,024 mmol, 3,9 mg) se disolvió en DMSO anhidro (10 ml). La solución se burbujeó con argón seco para eliminar el oxígeno disuelto durante 15 min a temperatura ambiente y luego se sumergió en un baño de aceite precalentado a 70 °C durante 2 h. A continuación, la solución se enfrió rápidamente al aire. Luego, el copolímero se precipitó tres veces en metanol frío utilizando un procedimiento similar al descrito anteriormente para la síntesis de P0-P4. A continuación, el P(AAm-co-BMDO)-b-PAAm obtenido se secó a alto vacío hasta peso constante.

Una síntesis típica de POEGMA23 macro-CTA se realizó de la siguiente manera: en un matraz de fondo redondo de 50 ml previamente secado, equipado con un septo de goma y una barra de agitación magnética, una mezcla de OEGMA (3,68 g, 0,012 mol), CDSPA (1 eq., 0,24 mmol, 0,097 g) y se disolvió AIBN (0,25 eq., 0,059 mmol, 9,6 mg) en acetonitrilo anhidro (25 ml). La solución se burbujeó con argón seco para eliminar el oxígeno disuelto durante 15 min a temperatura ambiente y luego se sumergió en un baño de aceite precalentado a 70 °C durante 5 h. A continuación, la solución se enfrió rápidamente al aire. Se eliminó el acetonitrilo y la solución de polímero resultante se precipitó una vez en exceso de una mezcla fría de éter dietílico y alcohol de petróleo 1:1. El macro-CTA POEGMA23 (Mn, exp = 7400 g mol−1, Đ = 1,1) obtenido se secó a alto vacío hasta peso constante.

POEGMA23 (Mn, exp = 7400 g mol−1, Đ = 1,1) se utilizó como agente macro-RAFT para polimerizar AAm y BMDO (fBMDO,0 = 0,5) y producir copolímero dibloque POEGMA-bP(AAm-co-BMDO) (P20, Cuadro Suplementario 4). En un vial de 40 ml, equipado con un septo de goma y una barra de agitación magnética, una mezcla de AAm (100 eq., 4,0 mmol, 0,28 g) y BMDO (100 eq., 4,0 mmol, 0,65 g) (mol total = 8 mmol), POEGMA23 macro-CTA (1 eq., 0,04 mmol, 0,64 g) y AIBN (0,6 eq., 0,024 mmol, 3,9 mg) se disolvió en DMSO anhidro (10 ml). La solución se burbujeó con argón seco para eliminar el oxígeno disuelto durante 15 min a temperatura ambiente y luego se sumergió en un baño de aceite precalentado a 70 °C durante 16 h. A continuación, la solución se enfrió rápidamente al aire. Luego, el copolímero se precipitó tres veces en THF frío utilizando un procedimiento similar al descrito anteriormente para la síntesis de P0-P4. A continuación, el POEGMA-bP(AAm-co-BMDO) obtenido se secó a alto vacío hasta peso constante. Se siguió un procedimiento idéntico para la síntesis de P22 con algunas modificaciones: se utilizó POEGMA (Mn, exp = 3200 g mol−1, Đ = 1,33) como agente macro-RAFT para polimerizar AAm y BMDO (fBMDO,0 = 0,55) y producir copolímero dibloque POEGMA-bP (AAm-co-BMDO) (P22, Tabla complementaria 5). En un vial de 40 ml, equipado con un septo de goma y una barra de agitación magnética, una mezcla de AAm (90 eq., 3,6 mmol, 0,256 g) y BMDO (110 eq., 4,4 mmol, 0,714 g) (mol total = 8 mmol), POEGMA macro-CTA (1 eq., 0,04 mmol, 0,128 g) y AIBN (0,6 eq., 0,024 mmol, 3,9 mg) se disolvió en DMSO anhidro (10 ml). La solución se burbujeó con argón seco para eliminar el oxígeno disuelto durante 15 min a temperatura ambiente y luego se sumergió en un baño de aceite precalentado a 70 °C durante 16 h. A continuación, la solución se enfrió rápidamente al aire. A continuación, el copolímero se precipitó tres veces en éter dietílico frío y luego se secó a alto vacío hasta peso constante.

Una síntesis típica de P(AAm-co-BMDO) macro-CTA (fBMDO,0 = 0,5) se realizó de la siguiente manera: en un vial de 40 ml, equipado con un septum de goma y una barra de agitación magnética, una mezcla de AAm (100 eq., 4,0 mmol, 0,28 g) y BMDO (100 eq., 4,0 mmol, 0,65 g) (mol total = 8 mmol), CDSPA (1 eq., 0,04 mmol, 16,1 mg) y AIBN (0,6 eq., 0,024 mmol, 3,9 mg) se disolvió en DMSO anhidro (10 ml). La solución se burbujeó con argón seco para eliminar el oxígeno disuelto durante 15 min a temperatura ambiente y luego se sumergió en un baño de aceite precalentado a 70 °C durante 8 h. A continuación, la solución se enfrió rápidamente al aire. Luego, el copolímero se precipitó tres veces en THF frío utilizando un procedimiento similar al descrito anteriormente para la síntesis de P0-P4. El macro-CTA P(AAm-co-BMDO) obtenido (Mn, exp = 4800 g mol−1, Đ = 1,5, FBMDO = 0,069) se secó a alto vacío hasta peso constante.

Se utilizó P(AAm-co-BMDO) (Mn, exp = 4800 g mol−1, Đ = 1,5, FBMDO = 0,069) como agente macro-RAFT para polimerizar OEGMA y producir P(AAm-co-BMDO)-b -Copolímero dibloque POEGMA (P21, Tabla complementaria 4). En un vial de 40 ml, equipado con un septo de goma y una barra de agitación magnética, una mezcla de OEGMA (40 eq., 250 µmol, 75 mg), P(AAm-co-BMDO) macro-CTA (1 eq., 6,25 µmol, 26 mg) y AIBN (0,6 eq., 3,7 µmol, 0,6 mg) se disolvió en DMSO anhidro (4,5 ml). La solución se burbujeó con argón seco para eliminar el oxígeno disuelto durante 15 min a temperatura ambiente y luego se sumergió en un baño de aceite precalentado a 70 °C durante 5 h. A continuación, la solución se enfrió rápidamente al aire. Luego, el copolímero se precipitó tres veces en THF frío utilizando un procedimiento similar al descrito anteriormente para la síntesis de P0-P4. A continuación, el P(AAm-co-BMDO)-b-POEGMA obtenido se secó a alto vacío hasta peso constante.

En un vial de 20 mL equipado con un agitador magnético, se disolvieron/dispersaron 50 mg del copolímero deseado en 2,5 mL de agua desionizada a 30 °C. Después de la sonicación y la solubilización/dispersión completa, se añadieron 2,5 ml de solución de hidróxido de potasio (5% en peso) en agua desionizada. A continuación, la mezcla se agitó durante 1 hora a temperatura ambiente, momento en el que la solución se volvió completamente transparente. A continuación, la solución se inactivó añadiendo una solución acuosa de HCl (1 m). A continuación, la solución resultante se liofilizó durante la noche para producir un polvo blanco. A continuación, el producto degradado se analizó mediante cromatografía SEC.

En un vial de 7 mL, se disolvieron/dispersaron 20 mg del copolímero deseado en 2 mL de PBS (pH 7,4) o agua desionizada y la solución se agitó mecánicamente en un horno de agitación orbital (control IKA KS4000i) ajustado a 150 rpm y termostatizado. a 37 °C. A intervalos de tiempo específicos (es decir, 1, 3 y 7 días), se extrajeron y liofilizaron muestras de 0,5 ml. Los productos de degradación fueron luego analizados por SEC.

En un vial de 7 mL, se disolvieron/dispersaron 20 mg del copolímero deseado en 2 mL de PBS (pH 7,4) que contenía lipasa inmovilizada de Candida antartica (100 U mL−1) y la solución se agitó mecánicamente en un horno con agitación orbital ( control IKA KS4000i) ajustado a 150 rpm y termostatizado a 37 °C. A intervalos de tiempo específicos (es decir, 1, 3 y 7 días), se extrajeron muestras de 0,5 ml, se filtraron para eliminar la enzima y se liofilizaron. Los productos de degradación fueron luego analizados por SEC.

Se prepararon nanopartículas de POEGMA-bP(AAm-co-BMDO) (1,67 mg mL−1) mediante nanoprecipitación de la siguiente manera. Los copolímeros dibloque POEGMA-bP(AAm-co-BMDO) se disolvieron primero en agua desionizada prefiltrada sobre filtros de polietersulfona (PES) hidrofílicos no estériles de 0,22 µm (10 mg mL−1) a 25 °C (T > UCST). Luego, se inyectó gota a gota 1,0 ml de la solución de copolímero en un vial de vidrio de 20 ml prellenado con 5 ml de agua desionizada filtrada previamente sobre filtros de PES hidrofílicos no estériles de 0,22 µm que contenían 0,1 % en peso de Pluronic F68 con agitación constante (500 rpm) a 5 °C (T < UCST).

Se adquirieron HUVEC, fibroblastos murinos embrionarios (NIH/3T3) y células monocíticas de macrófagos murinos (J774.A1) de la American Type Culture Collection (ATCC) y se mantuvieron como se recomienda. El suero bovino fetal (FBS) se adquirió de Gibco, la solución estabilizada de penicilina-estreptomicina, el medio Eagle modificado de Dulbecco (DMEM) y el medio RPMI-1640 se adquirieron de Sigma-Aldrich y se usaron tal como se recibieron. Las células J774.A1 se cultivaron en medio Roswell Park Memorial Institute (RPMI) 1640 complementado con FBS al 10 %, penicilina (50 U mL-1) y estreptomicina (50 U mL-1). Las células NIH/3T3 y HUVEC se cultivaron en DMEM con alto contenido de glucosa complementado con FBS al 10 %, penicilina (50 U mL-1) y estreptomicina (50 U mL-1). Las células se mantuvieron en atmósfera húmeda a 37 °C con 5% de CO2.

El MTT se adquirió de Sigma-Aldrich y se usó tal como se recibió. Los copolímeros secos (P9–P14 y P17) se pesaron y solubilizaron con el medio adecuado para lograr las concentraciones deseadas en tubos de frascos esterilizados de 10 ml. Las muestras P9–P14 se calentaron directamente en un baño de agua a 37 °C durante al menos 10 min, mientras que la temperatura del baño de agua se ajustó a 50 °C para la muestra P17. A continuación, las muestras solubilizadas se filtraron mediante filtros esterilizados (0,22 µm, Minisart®) antes de su uso. En placas de microtitulación de 96 pocillos (TPP, Suiza), se sembraron células (HUVEC: 2 × 104 células mL-1, NIH/3T3: 4 × 104 células mL-1, J774.A1: 2 × 104 células mL-1) en 100 μL de medio de crecimiento y preincubado por 24 h en incubadora (37 °C y 5% CO2). Después de las diluciones adecuadas, se añadieron a las células 100 μL de solución de copolímero en medio de cultivo celular (0,01 y 0,1 mg mL−1) y se incubaron durante 72 h. Se preparó una solución de MTT (5 mg mL−1) con PBS y se filtró con filtros estériles (0,2 µm). Al final del período de incubación, se agregaron 20 µL de solución de MTT a cada pocillo. Después de la incubación (1 h para las células HUVEC y J774.A1, 1,5 h para las células NIH/3T3), se retiró el medio y luego se agregaron 200 μL de DMSO a cada pocillo para disolver los cristales de formazán. A continuación, se midió la absorbancia mediante un lector de microplacas (LAB Systems Original Multiscan MS) a 570 nm. La viabilidad celular se calculó como la relación de absorbancia entre las células de control tratadas y no tratadas. Todos los experimentos se realizaron por triplicado para determinar las medias y la SD.

Las células se sembraron en 100 μL de medio de cultivo y se preincubaron durante 24 h en una incubadora (37 °C y 5 % de CO2) en placas de microtitulación de 96 pocillos. Se aplicó el mismo procedimiento para los copolímeros que en la sección de Ensayo de Viabilidad Celular. Sobre las células se adicionó 100 μL de solución de copolímero en medio de cultivo celular (0.01 y 0.1 mg mL−1) con concentración ajustada. La morfología de las células se observó directamente después de 72 h de incubación con un microscopio invertido AxioObserver Z1 (Carl Zeiss, Alemania) equipado con una incubadora XL que proporciona 37 °C, una cámara CoolSnap-HQ2 con dispositivo de carga acoplada (CCD) (tamaño de píxel de 6,45 µm; fotometría , Tucson, EE. UU.) y una lente de objetivo seco Achroplan 4×/0.10 NA usando un modo de campo claro (lámpara halógena TL). Las imágenes numéricas de 12 bits se realizaron con el software Zen 2.6 (edición azul).

Más información sobre el diseño de la investigación está disponible en el Resumen de informes de investigación de Nature vinculado a este artículo.

Todos los datos generados y analizados durante este estudio se incluyen en este artículo y su información complementaria y también están disponibles a pedido del autor correspondiente. Los datos fuente se proporcionan en este documento.

Nicolás, J. et al. Polimerización mediada por nitróxido. prog. polim. ciencia 38, 63–235 (2013).

Artículo CAS Google Académico

Perrier, S. Perspectiva del 50 aniversario: polimerización RAFT: una guía del usuario. Macromoléculas 50, 7433–7447 (2017).

Artículo ADS CAS Google Académico

Matyjaszewski, K. & Tsarevsky, NV Ingeniería macromolecular por polimerización por radicales de transferencia atómica. Mermelada. química Soc. 136, 6513–6533 (2014).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Delplace, V. & Nicolas, J. Polímeros de vinilo degradables para aplicaciones biomédicas. Nat. química 7, 771–784 (2015).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Tardy, A., Nicolas, J., Gigmes, D., Lefay, C. & Guillaneuf, Y. Polimerización por apertura de anillo radical: alcance, limitaciones y aplicación a materiales (bio) degradables. química Rev. 117, 1319–1406 (2017).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Agarwal, S. Química, posibilidades y limitaciones de la polimerización por apertura de anillo radical de acetales de cetena cíclicos para la síntesis de poliésteres degradables. polim. química 1, 953–964 (2010).

Artículo CAS Google Académico

Jackson, AW Polimerización por radicales de desactivación reversible de acetales de cetena cíclicos. polim. química 11, 3525–3545 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Pesenti, T. & Nicolas, J. Centenario del punto de vista de la ciencia macromolecular: polímeros degradables de la polimerización por apertura de anillo radical (rROP): últimos avances, nuevas direcciones y desafíos actuales. ACS MacroLet. 9, 1812–1835 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Ganda, S., Jiang, Y., Thomas, DS, Eliezar, J. & Stenzel, MH Micelas glicopoliméricas biodegradables obtenidas mediante polimerización por apertura de anillo radical controlada por RAFT. Macromoléculas 49, 4136–4146 (2016).

Artículo ADS CAS Google Académico

Jin, Q., Maji, S. & Agarwal, S. Nuevos copolímeros anfifílicos, biodegradables, biocompatibles y reticulables: aplicaciones de síntesis, caracterización y administración de fármacos. polim. química 3, 2785–2793 (2012).

Artículo CAS Google Académico

Guégain, E., Tran, J., Deguettes, Q. & Nicolas, J. Profármacos poliméricos degradables con actividad ajustable de la copolimerización de apertura de anillo radical iniciada por fármacos. química ciencia 9, 8291–8306 (2018).

Artículo PubMed PubMed Central Google Académico

Xie, Q., Ma, C., Zhang, G. y Bressy, C. Copolímeros de poli(éster)-poli(metacrilato de sililo): síntesis y cinética de degradación hidrolítica. polim. química 9, 1448–1454 (2018).

Artículo CAS Google Académico

Xie, Q., Xie, Q., Pan, J., Ma, C. y Zhang, G. Polímero biodegradable con iones de zwitter inducidos por hidrólisis para antibioincrustaciones. Aplicación ACS. Mate. Interfaces 10, 11213–11220 (2018).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Xie, Q., Zhou, X., Ma, C. y Zhang, G. Polímeros degradables autorreticulantes para recubrimientos antiincrustantes. Ing. Ind. química Res. 56, 5318–5324 (2017).

Artículo CAS Google Académico

Carter, MCD, Jennings, J., Appadoo, V. & Lynn, DM Síntesis y caracterización de polímeros funcionalizados con azlactona degradables de la columna vertebral. Macromoléculas 49, 5514–5526 (2016).

Artículo ADS CAS Google Académico

Undin, J., Illanes, T., Finne-Wistrand, A. y Albertsson, A.-C. Introducción aleatoria de enlaces degradables en polímeros de vinilo funcionales mediante polimerización de apertura de anillo radical, adaptada a la ingeniería de tejidos blandos. polim. química 3, 1260–1266 (2012).

Artículo CAS Google Académico

Hedir, GG et al. Acetatos de poli(oligo(etilenglicol) vinilo): una clase versátil de termosensible y biocompatible. polim. Angew. Química, Int. ed. 56, 9178–9182 (2017).

Artículo CAS Google Académico

Tardy, A. et al. Copolimerización por radicales de éteres de vinilo y acetales de cetena cíclicos como una plataforma versátil para diseñar poliésteres funcionales. Angew. Química, Int. ed. 56, 16515–16520 (2017).

Artículo CAS Google Académico

Undin, J., Finne-Wistrand, A. y Albertsson, A.-C. Propiedades de degradación ajustables y biocompatibilidad de materiales basados ​​en poli(éster-acrilato) amorfos y funcionales. Biomacromoléculas 15, 2800–2807 (2014).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Guégain, E., Michel, J.-P., Boissenot, T. & Nicolas, J. Degradación sintonizable de copolímeros preparados por polimerización por apertura de anillo radical mediada por nitróxido y comparación punto por punto con poliésteres tradicionales. Macromoléculas 51, 724–736 (2018).

Artículo ADS CAS Google Académico

Tran, J. et al. Nanopartículas de copolímeros degradables de copolimerización por apertura de anillo radical entre acetales de cetena cíclicos y éteres de vinilo. Biomacromoléculas 20, 305–317 (2019).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Lutz, J.-F., Andrieu, J., Üzgün, S., Rudolph, C. y Agarwal, S. Biocompatible, termosensible y biodegradable: una preparación simple de polímeros biorrelevantes todo en uno. Macromoléculas 40, 8540–8543 (2007).

Artículo ADS CAS Google Académico

Guégain, E., Zhu, C., Giovanardi, E. & Nicolas, J. Autoensamblaje inducido por copolimerización con apertura de anillo radical (rROPISA). Macromoléculas 52, 3612–3624 (2019).

Artículo ADS CAS Google Académico

Wais, U., Chennamaneni, LR, Thoniyot, P., Zhang, H. & Jackson, AW Polímeros en estrella degradables de cadena principal compuestos por núcleos hiperramificados sensibles al pH y coronas basadas en polietilenglicol termosensibles. polim. química 9, 4824–4839 (2018).

Artículo CAS Google Académico

Turturicǎ, G. et al. Copolímeros tribloque ABA de poli(N-isopropilacrilamida-co-5,6-benzo-2-metilen-1,3-dioxepano) (A) y poli(etilenglicol) (B): síntesis y propiedades de termogelificación y degradación en soluciones acuosas . polimero coloide ciencia 294, 743–753 (2016).

Artículo CAS Google Académico

Bordat, A., Boissenot, T., Nicolas, J. & Tsapis, N. Nanoportadores poliméricos termosensibles para aplicaciones biomédicas. Adv. Entrega de drogas Rev. 138, 167–192 (2019).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Matsumoto, S., Kanazawa, A., Kanaoka, S. y Aoshima, S. Copolímeros sensibles a estímulos duales con unidades degradables dispuestas con precisión: síntesis mediante copolimerización alterna controlada de éteres vinílicos que contienen oxietileno y aldehídos conjugados. polim. química 10, 4134–4141 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Mizuntani, M., Satoh, K. y Kamigaito, M. Poli(N-isopropilacrilamida) degradable con termosensibilidad ajustable mediante polimerización radical simultánea de cadena y crecimiento escalonado. Macromoléculas 44, 2382–2386 (2011).

Artículo ADS CAS Google Académico

Komatsu, S., Asoh, T.-A., Ishihara, R. & Kikuchi, A. Fácil preparación de polímeros termosensibles degradables como biomateriales: Los polímeros termosensibles preparados por polimerización radical se degradan a oligómeros solubles en agua. Polímero 130, 68–73 (2017).

Artículo CAS Google Académico

Phillips, DJ y Gibson, MI Polímeros termosensibles degradables que muestran un comportamiento LCST sensible a redox. química común 48, 1054–1056 (2012).

Artículo CAS Google Académico

Siegwart, DJ, Bencherif, SA, Srinivasan, A., Hollinger, JO y Matyjaszewski, K. Síntesis, caracterización y viabilidad del cultivo celular in vitro de la poli(N-isopropilacrilamida-co-5,6-benzo-2-metileno) degradable -1,3-dioxepano) a base de polímeros y geles reticulados. J. Biomédica. Mate. Res. Parte A 87A, 345–358 (2008).

Artículo CAS Google Académico

Ren, L. & Agarwal, S. Síntesis, caracterización y evaluación de propiedades de poli[(N-isopropilacrilamida)-co-éster]s. macromol. química física 208, 245–253 (2007).

Kertsomboon, T., Agarwal, S. & Chirachanchai, S. Copolímero tipo UCST a través de la combinación de poliacrilamida soluble en agua y poliéster similar a la policaprolactona. macromol. Comun rápido. 41, 2000243 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Bingham, NM y col. Poliacrilamidas con funcionalidad tioéster: la rápida degradación selectiva de la columna activa el cambio de solubilidad basado en la temperatura crítica inferior de la solución acuosa/solución crítica superior. Temperatura. Aplicación ACS. polim. Mate. 2, 3440–3449 (2020).

Artículo CAS Google Académico

Pineda-Contreras, BA, Liu, F. & Agarwal, S. Importancia de la homogeneidad composicional de cadenas macromoleculares para transiciones de tipo UCST en agua: polimerización por radicales controlada versus convencional. J. Polym. ciencia Parte A: Polim. química 52, 1878–1884 (2014).

Artículo ADS CAS Google Académico

Seuring, J. & Agarwal, S. Primer ejemplo de un enfoque universal y rentable: polímeros con temperatura de solución crítica superior ajustable en agua y solución de electrolito. Macromoléculas 45, 3910–3918 (2012).

Artículo ADS CAS Google Académico

Delplace, V. et al. Un anillo para gobernarlos a todos: un comonómero de acetal de ceteno cíclico controla la polimerización de metacrilatos mediada por nitróxido y confiere una degradabilidad sintonizable. química común 51, 12847–12850 (2015).

Artículo CAS Google Académico

Zhu, C. & Nicolas, J. Hacia nanopartículas con degradabilidad específica del sitio mediante autoensamblaje inducido por copolimerización con apertura de anillo en medio orgánico. polim. química 12, 594–607 (2021).

Artículo CAS Google Académico

Levitt, M. & Perutz, MF Los anillos aromáticos actúan como aceptores de enlaces de hidrógeno. J. Mol. Biol. 201, 751–754 (1988).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Tidwell, PW & Mortimer, GA Ciencia para determinar las relaciones de reactividad de copolimerización. J. Macromol. ciencia polim. Rev. 4, 281–312 (1970).

Artículo CAS Google Académico

Tidwell, PW & Mortimer, GA Un método mejorado para calcular las relaciones de reactividad de copolimerización. J. Polym. ciencia Parte A: Gen. Pap. 3, 369–387 (1965).

CAS Google Académico

Lena, J.-B. & Van Herk, AM Hacia polímeros biodegradables de crecimiento en cadena y partículas de polímero: reevaluación de las relaciones de reactividad en la copolimerización de monómeros de vinilo con acetal de ceteno cíclico mediante regresión no lineal con análisis de error adecuado. Ing. Ind. química Res. 58, 20923–20931 (2019).

Artículo CAS Google Académico

Bordat, A. et al. El papel crucial de la ingeniería macromolecular, la encapsulación y la dilución de fármacos en la capacidad de respuesta térmica de las nanopartículas de copolímero dibloque UCST utilizadas para la hipertermia. EUR. J. Pharm. Biofarmacia 142, 281–290 (2019).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Zhang, H., Tong, X. & Zhao, Y. Diversos comportamientos termosensibles de micelas de copolímero de bloque UCST sin carga en medio fisiológico. Langmuir 30, 11433–11441 (2014).

Artículo CAS PubMed Google Académico

Kooten, TGV et al. De la citotoxicidad a las pruebas de biocompatibilidad in vitro: la expresión de moléculas de adhesión celular define un nuevo conjunto de parámetros. J.Mater. Sci.: Mater. Medicina. 8, 835–841 (1997).

Google Académico

Kirkpatrick, CJ et al. Los cultivos de células endoteliales como herramienta en la investigación de biomateriales. J.Mater. Sci.: Mater. Medicina. 10, 589–594 (1999).

CAS Google Académico

Liu, S., Billingham, NC & Armes, SP Un copolímero dibloque soluble en agua esquizofrénico. Angew. química En t. ed. 40, 2328–2331 (2001).

3.0.CO;2-M" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1002%2F1521-3773%2820010618%2940%3A12%3C2328%3A%3AAID-ANIE2328%3E3.0.CO%3B2-M" aria-label="Article reference 47" data-doi="10.1002/1521-3773(20010618)40:123.0.CO;2-M">Artículo CAS Google Académico

Weaver, JVM, Armes, SP, Bütün V. Síntesis y propiedades de la solución acuosa de un copolímero de dibloque esquizofrénico termosensible bien definido. química común 2122–2123 (2002).

Xiong, B. et al. Degradación de poliacrilamida y sus implicaciones en los sistemas ambientales. npj Limpio. Agua 1, 17 (2018).

Artículo CAS Google Académico

Tran, J., Guegain, E., Ibrahim, N., Harrisson, S. y Nicolas, J. Síntesis eficiente de 2-metileno-4-fenil-1,3-dioxolano, un acetal de cetena cíclica para controlar la NMP de metacrilato de metilo y que confiere una degradabilidad sintonizable. polim. química 7, 4427–4435 (2016).

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Este proyecto ha recibido financiación del Consejo Europeo de Investigación (ERC) en el marco del programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea (Acuerdo de subvención n.º 771829). Agradecemos al Consejo de Becas de China (CSC) Ph.D. beca (2017-2021) de CZ El CNRS y la Universidad Paris-Saclay también son reconocidos por su apoyo financiero. Los autores agradecen a Claire Boulogne y Cynthia Gillet (I2BC, Gif-sur-Yvette, Francia) por su asistencia técnica en TEM.

Universidad Paris-Saclay, CNRS, Institut Galien Paris-Saclay, 92296, Châtenay-Malabry, Francia

Amaury Bossion, Chen Zhu, Léa Guerassimoff, Julie Mougin y Julien Nicolas

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JN concibió y diseñó la investigación. JN, AB, CZ y LG diseñaron los experimentos. AB, CZ, LG y JM realizaron los experimentos y analizaron los datos. JN y AB escribieron el artículo. Todos los autores discutieron los resultados y editaron el artículo.

Correspondencia a Julien Nicolás.

Los autores declaran no tener intereses en competencia

Nature Communications agradece a los revisores anónimos por su contribución a la revisión por pares de este trabajo.

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Reimpresiones y permisos

Bossion, A., Zhu, C., Guerassimoff, L. et al. Copolímeros de vinilo con una degradación hidrolítica más rápida que los poliésteres alifáticos y temperaturas de solución críticas superiores ajustables. Nat Comun 13, 2873 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-30220-y

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Recibido: 13 diciembre 2021

Aceptado: 19 abril 2022

Publicado: 24 mayo 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-022-30220-y

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