¡ Playing with the microstructure of polymer systems for self-assembling and application in drug delivery. Julio ¡San ¡Roman, ¡Luis ¡García, ¡M.R. ¡Aguilar, ¡B. ¡Vazquez, ¡R. ¡Palao ¡and ¡S. ¡M. ¡Saldaña ¡ Group ¡of ¡Biomaterials ¡(ICTP, ¡CSIC) ¡ CIBER-‑BBN ¡ ¡ 1 ¡
SCOPE OF THE PRESENTATION - Molecular architecture and self-assembling: The Biomimetic approach of the nature - Methodologies and strategies for self-assembling - Properties of functional self-assembled systems - Action, Activity and Applications:
PHOTOSENSITIVE ELEMENTS DON DIEGO DE NOCHE (JALAPA) WITHOUT ¡LIGHT ¡ ¡(NIGHT) ¡ WITH ¡LIGHT ¡ ¡(DAY) ¡
NATURE SUPRAMOLECULAR STRUCTURES MOLECULAR SELFORGANIZATION MOLECULAR RECOGNITION FUNCTIONALISATION HYDROPHILIC CHEM. STRUCTURES STRUCTURES HYDROPHOBIC BIOACTIVE COMPONENTS MACROMOLECULES BIOHYBRID SYSTEMS ORGANIC MACROMOLECULES ORGANIC-INORGANIC COMPOSITES
FUNCTION / PROPERTIES – A MACROMOLECULAR SCENE SELF-ASSEMBLED POLYMERIC SYSTEMS H.N.Kim, ¡A.Jiao, ¡et ¡al. ¡; ¡Adv. ¡Drug ¡Del. ¡Revs. ¡(2012) ¡doi: ¡10-‑1016/j.addr.2012.07.014 ¡
FUNCTION / PROPERTIES – A MACROMOLECULAR SCENE SKIN IS A PROTECTIVE TISSUE, WITH THE HIGHEST EXTENSION IN THE BODY . GIVES BIOMECHANICAL AND SENSORIAL FUNCTIONS H.N.Kim, ¡A.Jiao, ¡et ¡al. ¡; ¡Adv. ¡Drug ¡Del. ¡Revs. ¡(2012) ¡doi: ¡10-‑1016/j.addr.2012.07.014 ¡
FUNCTION / PROPERTIES – A MACROMOLECULAR SCENE MECHANO-SENSITIVE TISSUE H.N.Kim, ¡A.Jiao, ¡et ¡al. ¡; ¡Adv. ¡Drug ¡Del. ¡Revs. ¡(2012) ¡doi: ¡10-‑1016/j.addr.2012.07.014 ¡
FUNCTION / PROPERTIES – A MACROMOLECULAR SCENE HYERARCHICAL ORGANIZATION FROM HARD TO SOFT H.N.Kim, ¡A.Jiao, ¡et ¡al. ¡; ¡Adv. ¡Drug ¡Del. ¡Revs. ¡(2012) ¡doi: ¡10-‑1016/j.addr.2012.07.014 ¡
FUNCTION / PROPERTIES – A MACROMOLECULAR SCENE H.N.Kim, ¡A.Jiao, ¡et ¡al. ¡; ¡Adv. ¡Drug ¡Del. ¡Revs. ¡(2012) ¡doi: ¡10-‑1016/j.addr.2012.07.014 ¡
FUNCTION / PROPERTIES – A MACROMOLECULAR SCENE SHEAR SENSITIVE COMPONENTS H.N.Kim, ¡A.Jiao, ¡et ¡al. ¡; ¡Adv. ¡Drug ¡Del. ¡Revs. ¡(2012) ¡doi: ¡10-‑1016/j.addr.2012.07.014 ¡
FUNCTIONALISATION ¡ ¡ ¡OF ¡ ¡ ¡POLYMERS ¡ BIODEGRADABILITY VERSATILITY SOLUBILITY FUNCTIONALITY HYDROPHILIC BALANCE IONIC FUNCTIONAL GROUPS SPECIFIC FUNCTIONS (amine, acid, ester ) COMPLEXATION COMPATIBILITY WITH THE ECM UPTAKE IN CELLS
CHARACTERISTICS OF SELF-ASSEMBLING SYSTEMS - MOLECULAR DESIGN (CHEMICAL STRUCTURE AND SIZE) - SEQUENCES DISTRIBUTION IN POLYMERS - PRESENCE OF DIFFERENT MORPHOLOGIES - DISTRIBUTION OF STRUCTURAL SEGMENTS IN DOMAINS - MACROSTRUCTURAL ASSOCIATIONS IN SUPRAMOLECULAR SYSTEMS - STABILITY OF SELF-ASSEMBLED SYSTEMS IN PHYSIOLOGIC CONDITIONS
ACCESIBILITY OF STRUCTURES - AMPHIPHILIC SYSTEMS OF LOW MOL. WEIGHT ( Eg. LIPIDIC CYTOPLASM MEMBRANE) - POLYMERIC SYSTEMS OF NATURAL ORIGIN POLYSSACHARIDES (hyaluronic acid, heparin), PROTEINS (collagen, fibroin, elastin, albumin) - SYNTHETIC POLYMERS STRATEGY OF POLYMERIZATION (block copolymers, graft and sequencial copolymers)
BIOMIMETIC APPROACHES. MIXED MOLECULAR STRUCTURES WITH COMPLEMENTARY CHARACTERISTICS PLAYING WITH THE EQUILIBRIUM OF HYDROPHOBIC AND HYDROPHILIC COMPONENTS
Living ¡organisms ¡are ¡consummate ¡innovators ¡with ¡powerful ¡ingenuity ¡to ¡solve ¡ problems ¡and ¡conflicts ¡that ¡arise ¡in ¡the ¡compeQQon ¡for ¡all ¡criQcal ¡resources. ¡ Among ¡Bacteria, ¡single-‑cell ¡eukaryotes ¡and ¡invertebrates, ¡there ¡is ¡a ¡rich ¡variety ¡ of ¡exquisite ¡and ¡intricate ¡materials ¡and ¡structures ¡that ¡have ¡gradually ¡ evolved ¡by ¡natural ¡selecQon . ¡
X.D-‑Xu, ¡J.X.Chen, ¡Polym. ¡Chem., ¡2012, ¡3, ¡2479–2486 ¡
K.Akiyoshi et al. ; Nature Materials (2010) doi: 10.1038/NMAT2784
¡POLYMER ¡ ¡DRUGS ¡ Some natural macromolecules are good examples of bioactive compounds with specific pharmacological activity. EXAMPLES Insulin Heparin Albumin Fibronectin Osteocalcin Growth factors Hormones, etc..
PHARMACOLOGICAL ACTIVITY POLYMER DRUGS CONTROLLED RELEASE SYSTEMS HYDROLITICAL REACTIVITY HYDROPHILIC CHARACTER DIFFUSION OF COMPONENTS CLEARANCE FROM THE BODY
InflammaAon ¡ Ø ¡ Acute ¡inflammaQon ¡ Cell ¡involved ¡ Causes ¡ Neutrophils/basophiles ¡ Infec?ons,burns ¡ ¡ Foreign ¡body ¡ Primary ¡Molecular ¡mediators ¡ Healing ¡ OK ¡ Vasoac?ve ¡amines/eicosanoids ¡ Treatments ¡ Ø ¡Chronic ¡inflammaQons ¡ Oral ¡or ¡systemic ¡ applica?on ¡ ¡with ¡non-‑ Causes ¡ steroidal ¡an? ¡ Cell ¡involved ¡ Autoimmune ¡ inflammatory ¡drugs ¡ Monocytes/macrophages ¡ disorders ¡ (NSAIDs). ¡ Chronic ¡diseases ¡ (Atherosclerosis, ¡ Primary ¡Molecular ¡mediators ¡ ?? ¡ cancer) ¡ ECM ¡hydroly?c ¡enzymes ¡ Allergies ¡ (Matrix ¡metalloproteinase) ¡ 2 ¡
IntroducAon ¡ InflammaAon ¡ Ø ¡Treatments ¡of ¡chronic ¡inflammaQons ¡ Oral ¡or ¡systemic ¡applica?on ¡of ¡non-‑steroidal ¡an? ¡inflammatory ¡ drugs ¡(NSAIDs) ¡– ¡Side ¡effects ¡of ¡prolonged ¡treatments ¡ Specific ¡?ssue ¡inhibitors ¡of ¡matrix ¡metalloproteinases ¡(MMPs) ¡ G. ¡Murphy, ¡H. ¡Nagase, ¡Mol. ¡Asp. ¡Med. ¡2008, ¡29, ¡290. ¡ Fib ¡II ¡ h`p://www.ebi.ac.uk/ ¡ domain ¡2 ¡ Divalent ¡metal ¡ (Zn 2+ ) ¡ CatalyQc ¡ domain ¡ Fib ¡II ¡ domain ¡1 ¡ Fib ¡II ¡ domain ¡3 ¡ Propexide ¡ Hemopexin ¡ domain ¡ ¡ 3 ¡ E. ¡Morgunava ¡et ¡al. ¡Science ¡1999. ¡284 ¡5420 ¡
InflammaAon ¡ Ø ¡Treatments ¡of ¡chronic ¡inflammaQons ¡ Oral ¡or ¡systemic ¡applica?on ¡of ¡non-‑steroidal ¡an? ¡inflammatory ¡ drugs ¡(NSAIDs). ¡ Specific ¡?ssue ¡inhibitors ¡of ¡matrix ¡metalloproteinases ¡(MMPs) ¡ G. ¡Murphy, ¡H. ¡Nagase, ¡Mol. ¡Asp. ¡Med. ¡2008, ¡29, ¡290. ¡ Polymer ¡therapeuQc ¡strategy ¡ Releasing ¡of ¡non-‑steroidal ¡an? ¡inflammatory ¡drugs ¡(ibuprofen) ¡ Incorpora?on ¡of ¡Zn 2+ ¡chela?ng ¡domains ¡(imidazole) ¡as ¡MMPs ¡ inhibitors ¡ 4 ¡
Ø ¡ PreparaQon ¡of ¡amphiphilic ¡gradient ¡copolymers ¡ ¡ Ø ¡ Synthesis ¡ and ¡ characteriz?on ¡ of ¡ imidazol-‑co-‑ acrylic ¡ (ibuprofen) ¡ copolymers ¡ by ¡ free ¡ radical ¡ polymeriza?on ¡ Ø ¡ PreparaQon ¡of ¡nano-‑sized ¡assemblies ¡with ¡controlled ¡ supramolecular ¡architectures ¡ Ø ¡ Synthesis ¡ and ¡ characteriza?on ¡ of ¡ shell-‑core ¡ type ¡ micelles ¡ formed ¡ by ¡ self-‑assembling ¡ mechanism ¡ Ø DeterminaQon ¡of ¡in ¡vitro ¡behaviour ¡and ¡anQ-‑inflammatory ¡ acQvity ¡ Ø ¡ Tailoring ¡ibuprofen ¡release ¡and ¡zinc ¡chela?ng ¡ capacity ¡of ¡prepared ¡micelles ¡ 5 ¡
PreparaAon ¡of ¡amphiphilic ¡gradient ¡copolymers ¡ Ø Synthesis ¡of ¡imidazol-‑co-‑acrylic ¡(ibuprofen) ¡copolymers ¡by ¡free ¡ radical ¡polymerization ¡ 6 ¡
PreparaAon ¡of ¡amphiphilic ¡gradient ¡copolymers ¡ Ø Synthesis ¡of ¡imidazol-‑co-‑acrylic ¡(ibuprofen) ¡copolymers ¡by ¡free ¡ radical ¡polymerization ¡ Compos omposit ition ion of of (HE HEI-co-V -co-VI) copol copolymer mers HEI in Sample the feed [mol%] H37 20 H60 50 H92 80 7 ¡
PreparaAon ¡of ¡amphiphilic ¡gradient ¡copolymers ¡ Ø Characterization ¡of ¡imidazol-‑co-‑acrylic ¡(ibuprofen) ¡copolymers ¡ Compos omposit ition ion of of (HE HEI-co-V -co-VI) copol copolymer mers NM NMR anal analysis is (compos composit ition) ion) HEI in HEI in Sample the feed the copolymer [mol%] [mol%] H37 20 37 H60 50 60 H92 80 92 Ar-C -C HE HEI Ar-C -C VI VI 8 ¡
PreparaAon ¡of ¡amphiphilic ¡gradient ¡copolymers ¡ Ø Characterization ¡of ¡imidazol-‑co-‑acrylic ¡(ibuprofen) ¡copolymers ¡ Compos omposit ition ion of of (HE HEI-co-V -co-VI) copol copolymer mers NM NMR anal analysis is (micr micros ostruct uctur ure) e) HEI in HEI in Sample the feed the copolymer [mol%] [mol%] H37 20 37 H60 50 60 H92 80 92 React eactiv ivit ity and and monomer monomer dis distribut ibution ion Self catalysed copolymerization mediated Degradative polymer addition of imidazole by VI-Acrylic complex formation monomers (C.H. Bambord et al (1981) C.H. ¡Bamford ¡et ¡al ¡(1981) ¡ N. ¡Pekel ¡et ¡al ¡(2001) ¡ 9 ¡
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