Wykład 5 - Dendrymery Flashcards
Czym są dendrymery?
To silnie rozgałęzione, sferyczne makrocząsteczki otrzymywane w wyniku wieloetapowej, kontrolowanej syntezy, w której kolejne „generacje” łańcuchów (gałęzi) rozbudowują strukturę od centralnego rdzenia w sposób eksponencjalny.
Jak wygląda budowa dendrymeru?
Mają rdzeń (atom lub niewielką grupę chemiczną), z którego promieniście rozgałęziają się warstwy (generacje). Posiadają dobrze zdefiniowane pory i wiele grup funkcyjnych na powierzchni, co nadaje im kulisty kształt i precyzyjnie kontrolowany rozmiar.
Czym jest generacja dendrymeru?
Każda warstwa przyłączonych grup funkcyjnych (gałęzi) stanowi kolejną „generację”. Zwykle syntezuje się dendrymery do 6–7 generacji, gdyż wyższe stają się niepraktycznie duże i trudne w otrzymaniu.
Dlaczego dendrymery mają budowę globularną (kulistą)?
Rozgałęziające się sieci chemiczne (gałęzie) rosną w sposób symetryczny, wypełniając przestrzeń wokół rdzenia. Tworzy to kulisty kształt i dużą gęstość grup funkcyjnych na powierzchni.
Jakie pierwiastki lub grupy są zwykle stosowane przy syntezie dendrymerów PAMAM?
W dendrymerach typu PAMAM (Polyamidoamine) rdzeniem jest często cząsteczka zawierająca azot (np. etylenodiamina), do której przyłączane są kolejne warstwy zawierające m.in. amidy i aminy.
Jak rozmiar dendrymeru odnosi się do wielkości białek?
Dendrymery 5–7 generacji mogą osiągać rozmiary zbliżone do albuminy czy hemoglobiny (kilka–kilkanaście nanometrów), ale nadal mniejsze niż duże kompleksy immunoglobulin (np. IgM).
Jakie właściwości czynią dendrymery atrakcyjnymi dla zastosowań farmaceutycznych?
Mają dużą liczbę grup funkcyjnych na powierzchni (można je modyfikować ligandami, lekami), mają wysoki stopień rozpuszczalności w wodzie (zwłaszcza po właściwej modyfikacji), a ich wnętrze może służyć jako „kieszenie” dla leków.
Dlaczego kontrolowana synteza dendrymerów jest istotna?
Dokładna kontrola liczby i ułożenia grup funkcyjnych na każdej generacji pozwala otrzymywać struktury o ściśle zdefiniowanym rozmiarze i właściwościach (np. ładunku powierzchniowym), co jest kluczowe w zaawansowanych zastosowaniach (np. dostarczanie leków).
Jakie są dwa główne podejścia do syntezy dendrymerów?
Metoda rozbieżna (od rdzenia na zewnątrz) i metoda zbieżna (od zewnętrznych „ramion” ku rdzeniowi).
Na czym polega metoda rozbieżna (ang. divergent approach)?
Syntezę rozpoczyna się od rdzenia, do którego stopniowo przyłącza się kolejne warstwy (generacje). W każdym etapie liczba miejsc reakcji wzrasta, co prowadzi do szybkiego („eksponencjalnego”) rozbudowania struktury.
Dlaczego metoda rozbieżna bywa uznawana za „łatwiejszą”?
Ponieważ w każdym etapie syntezy wyraźnie kontroluje się wzrost od rdzenia na zewnątrz, a wszelkie niedoreagowane grupy można w kolejnym kroku „zablokować” lub zareagować ponownie, co ułatwia osiągnięcie pożądanej generacji.
Na czym polega metoda zbieżna (ang. convergent approach)?
Buduje się najpierw „ramiona” dendrymeru oddzielnie, a następnie łączy je z rdzeniem w końcowym etapie. Ta metoda pozwala na lepszą kontrolę defektów, ale bywa trudniejsza w przypadku wyższych generacji (ze względu na rosnący rozmiar gałęzi).
Dlaczego dendrymery PAMAM (ang. poly(amidoamine)) o wysokich generacjach mogą być toksyczne?
Mają bardzo dużo kationowych grup powierzchniowych (np. amin), które mogą oddziaływać z błonami komórkowymi, prowadząc do uszkodzeń (tzw. efekt „dziurawienia” komórek).
Czym skutkuje duży rozmiar dendrymeru (powyżej ~5 nm) dla jego wydalania z organizmu?
Przekraczając wielkość filtru nerkowego (ok. 5 nm), cząstki (np. generacje G6–G7) nie są już skutecznie usuwane przez nerki, co może prowadzić do ich gromadzenia i potencjalnie większego ryzyka toksyczności.
Co oznacza monodyspersyjność dendrymerów?
Oznacza, że wszystkie cząsteczki w próbce mają niemal identyczną masę cząsteczkową i rozmiar, w odróżnieniu od klasycznych polimerów, które są zwykle polidyspersyjne (zróżnicowana długość łańcucha).
Dlaczego monodyspersyjność jest istotna w zastosowaniach farmaceutycznych?
Ułatwia powtarzalne właściwości (np. dystrybucję w tkankach, stopień enkapsulacji leku), zapewniając kontrolę nad dawkowaniem i potencjalnymi efektami ubocznymi.
Jakie są podstawowe cechy dendrymerów typu PAMAM (Polyamidoamine)?
Są to silnie rozgałęzione, kuliste (sferoidalne lub elipsoidalne) makrocząsteczki o wysokiej rozpuszczalności w wodzie, zawierające liczne grup aminowe na powierzchni. Charakteryzują się monodyspersyjnością (jednolity rozmiar) i możliwością precyzyjnej modyfikacji chemicznej.
Jaki materiał wyjściowy stosuje się w metodzie rozbieżnej do syntezy PAMAM?
Najczęściej używa się amoniaku lub etylenodiaminy jako rdzenia, od którego „odbudowuje się” warstwy (generacje) polimeru w procesie syntezy rozbieżnej (ang. divergent).
Co decyduje o wysokiej reaktywności i rozpuszczalności dendrymerów PAMAM?
Duża liczba końcowych grup funkcyjnych (głównie aminowych) oraz sieć wewnętrznych przestrzeni (kieszeni) umożliwiających wiązanie i rozpuszczanie innych cząsteczek.
Do jakich rozmiarów (i mas) można dojść, budując kolejne generacje PAMAM?
Opracowano dendrymery do 10. generacji, osiągające masę cząsteczkową ponad 930 000 g/mol i średnicę do ok. 13–14 nm. Dla porównania hemoglobina ma masę ~65 000 g/mol.
Dlaczego kationowe dendrymery PAMAM (z aminowymi grupami końcowymi) są często toksyczne i hemolityczne?
Silny dodatni ładunek na powierzchni (od licznych grup aminowych) może uszkadzać błony komórkowe (np. erytrocytów), prowadząc do hemolizy. Z tego względu często stosuje się je tylko w badaniach naukowych lub dodatkowo modyfikuje powierzchnię (np. PEGyluje), by zredukować toksyczność.
W jakiej postaci komercyjnie dostępne są dendrymery typu PAMAM?
Najczęściej sprzedawane są w roztworach (np. w metanolu lub wodzie), o ściśle określonej generacji i liczbie grup funkcyjnych, co pozwala na ich dalszą funkcjonalizację w laboratorium.
Czym jest monodyspersyjność i dlaczego jest kluczowa w przypadku dendrymerów?
Monodyspersyjność oznacza, że wszystkie cząsteczki mają niemal identyczną masę i rozmiar. Zapewnia to powtarzalne właściwości fizykochemiczne i biologiczne, co jest niezwykle ważne przy zastosowaniach farmaceutycznych lub diagnostycznych (precyzja dawkowania, powtarzalność efektu).
Jakie zalety oferują dendrymery w porównaniu z konwencjonalnymi polimerami?
Posiadają ściśle kontrolowaną strukturę i rozmiar, dużą liczbę reaktywnych grup powierzchniowych, wysoką rozpuszczalność oraz możliwość enkapsulacji lub kowalencyjnego przyłączania różnych związków (leków, ligandów, znaczników). Dodatkowo cechuje je duża stabilność i łatwość modyfikacji w celu poprawy biokompatybilności.
