Massachusetts Teknoloji Enstitüsü Kimyagerleri Tarafından Sentezlenen Parçalanabilir Polimerler Vücutta Bozulabilir
Fotoğraf : MIT kimyagerleri tarafından tasarlanan yeni bir polimer tipi, polimerlerin belirli koşullar altında daha kolay parçalanmasına yardımcı olan özel bir monomer (sarı) içerir.
Malzemeler, vücutta ilaç dağıtımı veya görüntüleme ajanlarının verilmesi için faydalı olabilir; bazı endüstriyel plastiklere bir alternatif sunabilir.
MIT kimyagerleri vücutta ve çevrede daha kolay parçalanabilecek polimerleri sentezlemenin bir yolunu bulmuşlardır.
Halka açma metatezi polimerizasyonu veya ROMP olarak adlandırılan kimyasal bir reaksiyon, nanofabrikasyon, yüksek performanslı reçineler ve ilaç dağıtımı ya da görüntüleme ajanları gibi çeşitli kullanımlar için yeni polimerler oluşturmak için kullanışlıdır. Bununla birlikte, bu sentez yönteminin bir dezavantajı, ortaya çıkan polimerlerin, vücut içindeki gibi doğal ortamlarda doğal olarak bozulmamasıdır.
MIT araştırma ekibi, polimerin omurgasına yeni bir yapı taşı türü ekleyerek bu polimerleri daha fazla parçalanabilir hale getirmenin bir yolunu bulmuştur. Bu yeni yapı taşı veya monomer, zayıf asitler, bazlar ve florür gibi iyonlar tarafından parçalanabilecek kimyasal bağlar oluşturur.
MIT’de kimya profesörü ve çalışmanın kıdemli yazarı olan Jeremiah Johnson, “Bunun biyolojik olarak ilgili koşullar altında kolay bozulabilirliğe sahip ROMP polimerleri üretmenin ilk genel yolu olduğuna inanıyoruz.” diyor. “Güzel kısmı, standart ROMP iş akışını kullanarak çalışması; sadece yeni monomerin içine serpiştirmeniz yeterli, onu çok uygun hale getiriyor.”
Araştırmacılar, bu yapı taşının, sadece tıbbi uygulamalar değil aynı zamanda kullanımdan sonra daha hızlı bir şekilde parçalanacak olan endüstriyel polimerlerin sentezini içeren çok çeşitli kullanımlar için polimerlere dahil edilebileceğini belirtti.
28 Ekim 2019’da Nature Chemistry’de yayınlanan makalenin başyazarı, MIT doktora sonrası araştırmacı Peyton Shieh’dir. Doktora sonrası araştırmacı HungVanThanh Nguyen de çalışmanın yazarıdır.
Güçlü Polimerizasyon
ROMP ile üretilen polimerlerin en yaygın yapıtaşları, polimerler oluşturmak üzere kolayca açılabilen ve birbirine asılabilen halka yapısını içeren norbornene denilen moleküllerdir. Polimerizasyondan önce norbornenelere ilaçlar veya görüntüleme ajanları gibi moleküller eklenebilir.
Johnson’ın laboratuvarı bu sentez yaklaşımını doğrusal polimerler, şişe-fırçası polimerler ve yıldız şeklindeki polimerler dahil olmak üzere birçok farklı yapıya sahip polimerler oluşturmak için kullandı. Bu yeni malzemeler bir kerede birçok kanser ilacının dağıtımı veya manyetik rezonans görüntüleme (MRI) ve diğer görüntüleme türleri için görüntüleme ajanlarını taşımak için kullanılabilir.
Johnson, “Çok sağlam ve güçlü bir polimerizasyon reaksiyonu” diyor. “Ancak büyük dezavantajlardan biri, üretilen polimerlerin omurgasının tamamen karbon-karbon bağlarından oluşması ve sonuç olarak, polimerlerin kolayca parçalanamayacağı yönünde. Bu, uzay biyomalzemeleri için polimerler yapmayı düşünürken her zaman aklımızın bir köşesinde bulundurduğumuz bir şeydi.”
Johnson’ın laboratuvarı, bu sorunu gidermek için vücuttan, daha büyük parçacıklardan daha kolay temizlenebilen, yaklaşık 10 nanometre çapında, küçük polimerler geliştirmeye odaklandı. Diğer kimyagerler, norbornenelerden başka yapı taşları kullanarak polimerleri parçalanabilir hale getirmeye çalıştılar, ancak bu yapı taşları etkili bir şekilde polimerize olmuyor. Ayrıca, ilaçları veya diğer molekülleri bunlara bağlamak daha zordur ve genellikle bozulmaları için sert şartlar gerektirir.
Johnson, “Bu karmaşık monomerleri polimerize etmemizi sağlayan molekül olarak norbornene kullanmaya devam etmeyi tercih ediyoruz.” diyor. “Amaç, başka bir tür monomer tanımlamak ve onu zaten norbornene kullanan bir polimerizasyona ko-monomer olarak eklemek olmuştur.”
Araştırmacılar, Shieh’in başka bir projede yaptığı çalışmalarla olası bir çözüme ulaştı. Norbornene benzer ancak oksijen-silikon-oksijen bağı içeren halka içeren bir molekülü sentezlediğinde polimerlerden ilaç salınımını tetiklemenin yeni yollarını arıyordu. Araştırmacılar, sylil-eter olarak adlandırılan bu tür halkaların, ROMP reaksiyonu ile de açılabileceğini ve polimerleştirilebileceğini keşfettiler, bu da daha kolay bozulan oksijen-silikon-oksijen bağlarına sahip polimerlere yol açtı. Bu nedenle, ilaç salınımı için kullanmak yerine, araştırmacılar onu parçalanabilir hale getirmek için polimer omurgasına dahil etmeye karar verdiler.
Basit bir şekilde sylil-eter monomerinin norbornene monomerleri ile 1:1 oranında eklenmesiyle, daha önce yaptıklarına benzer polimer yapılar oluşturabildiklerini, yeni monomerin omurga boyunca oldukça düzgün bir şekilde birleştirildiğini buldular. Fakat şimdi, yaklaşık 6.5 civarında hafif asitli bir pH’a maruz kaldığında, polimer zinciri parçalanmaya başlar.
Johnson, “Çok basit” diyor. “Yaygın olarak kullanılan polimerlere onları parçalanabilir hale getirmek için ekleyebileceğimiz bir monomer. Ancak bu kadar basit bir yaklaşımın örnekleri şaşırtıcı derecede nadirdir.”
Daha Hızlı Bozulma
Farelerde yapılan testlerde, araştırmacılar, birinci veya iki hafta boyunca, bozulabilir polimerlerin vücutta orijinal polimerlerle aynı dağılımı gösterdiğini, ancak bundan sonra bozulmaya başladıklarını buldu. Altı hafta sonra, vücuttaki yeni polimerlerin derişimleri, araştırmacıların kullandıkları silil-eter monomerlerinin tam kimyasal bileşimine bağlı olarak, orijinal polimerlerin derişimlerinden 3 ila 10 kat daha azdı.
Bulgular, bu monomerin ilaç dağıtımı veya görüntülemesi için polimerlere eklenmesinin, vücuttan daha hızlı bir şekilde temizlenmelerine yardımcı olabileceğini göstermektedir.
Johnson, “Bu teknolojiyi, ROMP bazlı polimerlerin biyolojik dokulardaki parçalanmasını hassas bir şekilde ayarlamak için biyodağıtımı, ilaç salınım kinetiğini ve diğer birçok özelliği kontrol etmek için kullanabileceğimize inandığımız için çok heyecanlıyız.” diyor.
Araştırmacılar ayrıca yeni monomerlerin plastik veya yapıştırıcılar gibi endüstriyel reçinelere eklenmesi için çalışmaya başlamışlardır. Bu monomerleri, endüstriyel polimerlerin üretim proseslerine dahil etmenin, daha bozulur hale getirmenin ekonomik olarak mümkün olacağına inanıyorlar ve bu monomer ailesini ticarileştirmek ve araştırma için kullanılabilir hale getirmek için Millipore-Sigma ile çalışıyorlar.
Kaynak : scitechdaily.com
