Fluorine-containing polyamphiphiles of block structure constructed of synthetic and biopolymer blocks

Aim. Purposeful preparation of polymeric surfactants combining hydrophobic fluorine-containing and hydrophilic synthetic and natural blocks via radical and non-radical reactions using peroxide, epoxide and/or amino- terminal groups of the polymeric elementary blocks. Methods. Radical and non-radical...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Опубліковано в: :Вiopolymers and Cell
Дата:2018
Автори: Paiuk, O.L., Mitina, N.Ye., Myagkota, O.S., Volianiuk, K.A., Musat, N., Stryganyuk, G.Z., Reshetnyak, O.V., Kinash, N.I., Hevus, O.I., Shermolovich, Yu.G., Zaichenko, A.S.
Формат: Стаття
Мова:Англійська
Опубліковано: Інститут молекулярної біології і генетики НАН України 2018
Теми:
Онлайн доступ:https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/154341
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Fluorine-containing polyamphiphiles of block structure constructed of synthetic and biopolymer blocks / O.L. Paiuk, N.Ye. Mitina, O.S. Myagkota, K.A. Volianiuk, N. Musat, G.Z. Stryganyuk, O.V. Reshetnyak, N.I. Kinash, O.I. Hevus, Yu.G. Shermolovich, A.S. Zaichenko // Вiopolymers and Cell. — 2018. — Т. 34, № 3. — С. 207-217. — Бібліогр.: 23 назв. — англ.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
_version_ 1860126711150018560
author Paiuk, O.L.
Mitina, N.Ye.
Myagkota, O.S.
Volianiuk, K.A.
Musat, N.
Stryganyuk, G.Z.
Reshetnyak, O.V.
Kinash, N.I.
Hevus, O.I.
Shermolovich, Yu.G.
Zaichenko, A.S.
author_facet Paiuk, O.L.
Mitina, N.Ye.
Myagkota, O.S.
Volianiuk, K.A.
Musat, N.
Stryganyuk, G.Z.
Reshetnyak, O.V.
Kinash, N.I.
Hevus, O.I.
Shermolovich, Yu.G.
Zaichenko, A.S.
citation_txt Fluorine-containing polyamphiphiles of block structure constructed of synthetic and biopolymer blocks / O.L. Paiuk, N.Ye. Mitina, O.S. Myagkota, K.A. Volianiuk, N. Musat, G.Z. Stryganyuk, O.V. Reshetnyak, N.I. Kinash, O.I. Hevus, Yu.G. Shermolovich, A.S. Zaichenko // Вiopolymers and Cell. — 2018. — Т. 34, № 3. — С. 207-217. — Бібліогр.: 23 назв. — англ.
collection DSpace DC
container_title Вiopolymers and Cell
description Aim. Purposeful preparation of polymeric surfactants combining hydrophobic fluorine-containing and hydrophilic synthetic and natural blocks via radical and non-radical reactions using peroxide, epoxide and/or amino- terminal groups of the polymeric elementary blocks. Methods. Radical and non-radical condensation reactions, polymerization, spectral (NMR- and luminescence spectroscopy), gel-permeation chromatography and other analytical techniques`. Results. Primary oligomers poly(F-MA)-MP were synthesized via radical polymerization of fluorine-alkyl methacrylate (F-MA) in the presence of peroxide-containing telogen (MP). That provides controlling the oligomer chain length and architectures as well as entering a terminal peroxide group in the macromolecules. Radical polymerization of vinyl pyrrolidone (NVP) initiated by poly(F-MA)-MP as macroinitiator in the presence of epoxide-containing derivative of cumene (CGE) was used for obtaining water soluble poly(F-MA)-block-poly(NVP)-CGE. Finally oligonucleotide (ONC) was attached via condensation reaction of ONC primary amino group with terminal epoxide group of poly(F-MA)-block-poly(NVP)-CGE. Conclusions. A series of novel block/comb-like copolymers with synthetic and natural parts was synthesized. Obtained tri-block copolymers can be used as markers for labeling bacteria and pathological items including cancer cells. Мета. Цілеспрямоване одержання полімерних поверхнево-активних речовин, які поєднюють гідрофобні фторвмісні та гідрофільні синтетичні та натуральні блоки, за допомогою радикальних та нерадикальних конденсаційних реакцій з використанням пероксидних, епоксидних, та/або аміно- кінцевих груп у складі полімерних елементарних блоків. Методи. радикальні та нерадикальні реакції, полімеризація, спектральні (ЯМР- та люмінесцентна спектроскопія), гель-проникна хроматографія та інші аналітичні техніки. Результати. Первинні олігомери полі(F-MA)-MП синтезували шляхом радикальної полімеризації фтор-алкіл метакрилату (F-MA) у присутності пероксидвмісного телогену (MП). Використання МП забезпечує контроль довжини та структури олігомерних ланцюгів, а також входження кінцевої пероксидної групи до складу макромолекул. Радикальна полімеризація N-вінілпіролідону (NВП), ініційована полі(F-MA)-MП як макроініціатором, у присутності епоксидвмісної похідної кумолу (КГЕ) була використана для отримання водорозчинного полі(F-MA)-блок-полі(NВП)-КГЕ. В кінцевому результаті, приєднання олігонуклеотиду (ОНК) до полімерного носія було здійснено реакцією конденсації первинної аміногрупи ОНК з кінцевою епоксидною групою полі(F-MA)-блок-полі(NВП) –КГЕ. Висновки. Синтезовано серію нових блок-кополімерів, що поєднюють синтетичні та біополімери. Отримані триблок-кополімери можуть бути використані в якості маркерів для мічення бактерій та патологічних, включаючи ракові, клітин. Цель. Целенаправленное получение полимерных поверхностно-активных веществ, сочетающих фторированные гидрофобные и гидрофильные синтетические и натуральные блоки, методами радикальных и нерадикальных конденсационных реакций с использованием концевых пероксидных, эпоксидных и/или амино- групп первичных полимерных блоков. Методы. Радикальные и нерадикальные реакции, полимеризация, спектральная (ЯМР- и люминесцентная спектроскопия), гель-проникающая хроматография и другие аналитические методы. Результаты. Первичные олигомеры поли(F-MA)-MП синтезировали путем радикальной полимеризации фтор-алкилметакрилата (F-MA) в присутствии пероксидсодержащего телогена (МП). Использование МП обеспечивает контроль длины и архитектуры олигомерной цепи, а также введение концевой пероксидной группы в состав макромолекул. Радикальная полимеризация N-винилпирролидона (NВП) в присутствии эпоксидсодержащей производной кумола (КГЭ), инициируемая макроинициатором поли(F-MA)-MП, была применена для получения водорастворимого поли(F-MA)-блок-поли(NВП)-КГЭ. Наконец, олигонуклеотид (ОНК) был присоединен к полимерному носителю посредством реакции конденсации первичной аминогруппы ОНК с концевой эпоксидной группой поли(F-MA)-блок-поли(NВП)-КГЭ. Выводы. Синтезирован ряд новых блок-сополимеров сочетающих синтетические и биополимеры. Полученные триблок-сополимеры могут быть использованы как маркеры для мечения бактерий и патологических, в том числе раковых, клеток.
first_indexed 2025-12-07T17:42:29Z
format Article
fulltext 207 O. L. Paiuk, N. Ye. Mitina, K. A. Volianiuk © 2018 O. L. Paiuk et al.; Published by the Institute of Molecular Biology and Genetics, NAS of Ukraine on behalf of Bio- polymers and Cell. This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/), which permits unrestricted reuse, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited UDC 541.64 Fluorine-containing polyamphiphiles constructed from synthetic and biopolymer blocks O. L. Paiuk1, N. Ye. Mitina1, O.S. Myagkota2, K. A. Volianiuk3, N. Musat4, G. Z. Stryganyuk4, O. V. Reshetnyak2, N. I. Kinash1, O. I. Hevus1, Yu. G. Shermolovich4, A. S. Zaichenko1 1 Lviv Polytechnic National University 12, S. Bandery Str., Lviv, Ukraine, 79013 zaichenk@polynet.lviv.ua 2 Ivan Franko National University of Lviv 1, Universytetska Str., Lviv, Ukraine, 79000 3 Helmholtz Centre for Environmental Research - UFZ, 15, Permoserstraße Str., Leipzig, Germany, 04318 4 Institute of organic chemistry NAS of Ukraine 5, Murmanska Str., Kyiv, Ukraine, 02660 Aim. Synthesis of polymeric surfactants combininghydrophobic fluorine-containing and hydrophilic synthetic and natural blocks via radical and non-radical reactions using peroxide, epoxide and/or amino-terminal groups of the polymeric elementary blocks. Methods. Radical and non-radical condensation reactions, polymerization, spectral (NMR- and luminescence spectroscopy), gel-permeation chromatography and other analytical techniques. Results. Primary poly(F-MA)-MP oligomers were synthesized via radical polymerization of fluorine- alkyl methacrylate (F-MA) in the presence of peroxide-containing telogen (MP). This allows to control the oligomer chain length and architecture as well as insert a terminal peroxide group in the macromolecules. Radical polymerization of vinylpyrrolidone (NVP) initiated by poly(F-MA)-MP as the macroinitiator in the presence of epoxide-containing derivative of cumene (CGE) was used to obtain water soluble poly(F-MA)-block-poly(NVP)-CGE. Finally, oligonucleotide (ONC) was attached by condensation reaction of ONC primary amino group with the terminal epoxide group of the poly(F-MA)-block-poly(NVP)-CGE. Conclusions. A series of novel block/comb-like copolymers with synthetic and natural parts was synthesized. Obtained tri-block copolymers can be used as markers for labelling bacteria and pathological cells including cancer cells. K e y w o r d s: fluorinated polyamphiphiles, oligonucleotide, radical and coupling reactions, hybrid block-copolymer, bacteria labeling. Bioorganic Chemistry ISSN 1993-6842 (on-line); ISSN 0233-7657 (print) Biopolymers and Cell. 2018. Vol. 34. N 3. P 207–217 doi: http://dx.doi.org/10.7124/bc.00097B mailto:zaichenk@polynet.lviv.ua 208 O. L. Paiuk, N. Ye. Mitina, K. A. Volianiuk et al. Introduction Among functional surfactants used for bio- medical purposes the water soluble polymers of comb-like and block structures assume ever greater importance as carriers of the drugs and nucleic acids due to their ability to bind bioac- tive substances including water insoluble drugs, to form highly stable systems providing their addressed delivery to organ-target, to protect drugs from damage during transporta- tion, prolong therapeutic efficiency, and reduce their toxicity [1]. Such drug delivery systems are widely used for immobilization of hydrophilic or hydro- phobic drugs, peptides, vaccines, oligonucle- otides via various mechanisms, solubiliza- tion [2], and formation of hydrogen bonds [3], electrostatic interactions [4] or covalent bind- ing [5] with polymeric carriers. Unique properties of fluorine-containing polymers caused the rapid growth of their studies in various areas. Fluorinated fragments and chains of polymeric surfactants are more hydrophobic in comparison with their hydro- carbon counterparts [6]. Amphiphilic copoly- mers containing fluorine-alkyl chains were tested successfully as carriers for nucleic acid delivery as well as for labeling cells and mi- croorganisms [7, 8]. Amphiphilic fluorine- containing copolymers are perspective as car- riers for drug delivery systems [9] or contrast agents for magnetic resonance imaging [8, 9]. Purposeful application of functional poly- meric surfactants demands controlling their structural, molecular-weight characteristics and functionality that define their efficiency for drug and nucleic acid delivery and release, overcoming blood-brain barrier and acquired resistance to drug action. Thus, the tasks of tailored architecture copolymers conscious synthesis are still topical. Novel route of the synthesis and properties of fluorinated polyamphiphils of comb-like/ block structures including blocks of natural origin via combination of radical and non- radical condensation reactions of polymer functional terminal groups are considered in the paper. Materials and Methods Monomers. N-vinyl-2-pyrrolidone (NVP) (Merck) was purified by vacuum distillation or glass column rectification and its character- istics coincided with the referred in [10]. 2,2,3,3,4,4,5,5-octafluoropentylmethacrylate (F8-MA) (Aldrich) was synthesized in the Institute of Organic Chemistry of NAS of Ukraine and used without further purification. Initiator: 2,2′-Azobis(2-methylpropionitrile) (AIBN) (Aldrich) was purified by recrystalliza- tion from methanol. The melting point Тm after recrystallization was 378-379 К. Chain transfer agents: 1- isopropyl-3(4)-[1- (tert-butyl peroxy)-1-methylethyl] benzene (MP) was synthesized from tert-butyl hydro- peroxide and 2-(4-isopropylphenyl)-2-propa- nol in acetic acid medium as described ear- lier [11]. 2-{[(4-isopropyl benzyl)oxy]methyl} oxirane (CGE) was synthesized from cumene alcohol and described earlier (Fig. 1) [12]. Oligonucleotide C6-EUB338-Fam-6. Universal bacterial probe Eub338 FITC, green fluorescence, sequence - 5’- GCT GCC TCC CGT AGG AGT -3’ (molecular mass-6000 Da) was given from Biomers Pte Ltd. Probe EUB 338, which is complementary to a portion of the 16S rRNA gene conserved in the domain 209 Fluorine-containing polyamphiphiles constructed from synthetic and biopolymer blocks Bacteria, was used to visualize the entire bac- terial population in the specimens [13]. With the universal bacterial probe EUB 338-FITC, bacteria could be detected by FISH technique (Fluorescence In Situ Hybridization) [14]. Solvents were used after purifications ac- cording to the techniques described [15]. Block/comb-like poly(F8-MA)-block- poly(NVP)-CGE copolymers were synthesized via three-stage polymerization, namely: 1) Telechelic oligoperoxide macroinitiators poly(F-MA)-MP were obtained by polymeriza- tion of macromer ([F-MA] = 1.5 mol/l) using AIBN ([AIBN] = 0.03–0,1 mol/l) as initiator and MP ([MP] = 0.15–0,62 mol/l) as chain transfer agent in dry dioxane at 343K. Macromer conversion was measured using dilatometric and gravimetric techniques [16]. After being cooled to room temperature, the mixture was concentrated, dissolved in acetone and several times purified by precipitation into hexane. The polymer was dried under vacuum at 323 K till a constant weight. After polym- erization the resulting polymer samples were fractionated via dialysis technique using semi- penetrating membranes MILLIPORE (GSWP, 0.22mm) possessing capability 12 000 Da or via technique of fractional precipitation. 2) For the synthesis of poly(F-MA)-block- poly(NVP)-CGE macroinitiator poly(F-MA)- MP ([-O:O-] = 1.6–7.8 mol/l) was dissolved in dry dioxane, NVP ([NVP] = 1.5 mol/l) and CGE ([CGE] = 0.18 mol/l) were added to the solution. The reaction mixtures were charged into calibrated dilatometers; dilatometers were cooled, vacuumed, purged with argon and heated for 6–8 h at 363K. Monomer conver- sion was determined using dilatometric tech- niques. After polymerization [the] reaction mixtures were cooled, dried, dissolved in ac- etone, multiply purified by precipitation into hexane and dried again under the vacuum till constant weight. Then [the] resulting block/ comb-like copolymers were purified from the macroinitiator poly(F-MA)-MP. 3) The synthesis of poly(F-MA)-block- poly(NVP)-CGE-block-oligonucleotide was car- ried out in water at 293 K. 0.0025 g of poly(F8- MA)-block-poly(NVP)-CGE copolymer was dissolved in 0.5 ml of water. Then 0.05 ml of aqueous solution of oligonucleotide C6-EUB338- Fam-6 ([C6-EUB338-Fam-6] = 0.00015 mol/l) was added dropwise to the polymer solution under constant stirring. The system was kept for 48 h at 293 K for condensation reaction. The obtained poly(F8-MA)-block-poly(NVP)-CGE/ C6-EUB338-Fam-6 conjugate was purified from unreacted oligonucleotide by dialysis method. Aqueous solution of [the] reaction product was loaded to cellulose membrane (pore size — 14 kDa) and dialyzed for 48 h at 293 K. Experiment was conducted without light access. The molar ratio of epoxy-containing compounds to substances with amino group was 10:1. A B Fig. 1. The structures of MP (A) and CGE (B) 210 O. L. Paiuk, N. Ye. Mitina, K. A. Volianiuk et al. Conversion of the monomers (S) was mea- sured using dilatometric method [16]: S = ·(DV/(V×k))×100 %, where V — initial monomer volume at the defined temperature, ml; DV — a volume change after the defined period, ml; k — an average contraction con- stant for the monomer at the defined tempera- ture [17], and controlled using [of] gravimetric technique. The rate of polymerization Rp (mol/ (l·s)) was determined on [the] stationary sec- tion of kinetic curve of total change of mono- mer conversion in time [16] in coordinates S — τ. Effective rate constant of polymeriza- tion (Kpol) was calculated from the equation: Rp = Kpol[I]a[M]b, where [I] is the concentra- tion of MP fragments, [M] — the monomer concentration [17]. The determination of relative constants of chain transfer to telogen (Tn), MP (СMP), was carried out using equation 1/Pn = 1/ (Pn)0 + CTg·([Tn]/[М]) described in ref. [18], where Pn is polymerization degree at definite content of Tn, (Pn)0 is polymerization degree of polymer synthesized without Tn. Thus СTn can be determined from inclination of the lin- ear dependence 1/Pn on [Tn]/[М]. The con- stants of chain transfer to telogen (ktTn) are calculated using equation ktTn = kp· CTn, where kp is a constant of the propagation rate. Analytical techniques The content of terminal MP fragments in co- polymer molecules was calculated from the results of gas-liquid chromatography determi- nation of the acetone and tert-butyl alcohol – final products of the peroxide group decom- position in isokinetic point at 473К [19]. The content of terminal CGE fragments in copoly- mer molecules was calculated from the results of determination of epoxide groups via back titration of residual HCl with KOH. Content of NVP links (A,%) was calculated using equation 14 )( 1maA ⋅= from results of Nitrogen content determination by elementary analysis [16], where а is Nitrogen content (%), m1 — molecular weight of NVP. The determination of copolymer molecu- lar weights Molecular weights of copolymers were deter- mined by gel-penetration chromatography [20] using „Waters GPC/HPLC” equipped with Styragel columns, tetrahydrofuran (TGF) was used as eluent; elution rate was 0.5 ml/min. IR-spectra of the copolymers were recorded on the device Specord –М80 in tablets with KBr, in petrolatum dispersions or in the films deposited from THF solution [21]. NMR spec- tra were recorded on spectrometer 1H and 13С Varian-VXR-300 with working frequency 299,943 MHz in the solutions of deuterated solvents. Surface tension of the solutions was mea- sured using device PPNL-1 (Ukraine) by the measurement of maximum bubble pres- sure [22]. Measurement of particle size The hydrodynamic radii of the micelles were studied by dynamic light scattering (DLS) on DynaProNanoStar (Wyatt Technology, Santa Barbara, USA) at 298 K. Results and Discussion The developed approach to the synthesis of block-copolymers consists of consequent stag- es of radical and condensation reactions of 211 Fluorine-containing polyamphiphiles constructed from synthetic and biopolymer blocks terminal functional groups according to the presented scheme (Fig. 2). As evident from the scheme (Fig. 2) the polymerization of F-MA macromers in the presence of MP provides the formation of comb-like polymers containing side fluorine- alkyl chains and terminal peroxide fragment as it was shown earlier [23]. The polymeriza- tion is obeyed to reverse dependences of the polymerization rate and molecular weight of resulting polymers on MP concentration (Table 1) due to the transfer and linear termi- nation of growing chains due to the interaction with MP molecules. The values of polymeriza- tion orders rates in respect of initiator concen- tration (0.8-0.9) and high value of the chain Fig. 2. General scheme of the synthesis of block amphiphilic copolymers based on poly(fluoroalkyl methacrylate)s 212 O. L. Paiuk, N. Ye. Mitina, K. A. Volianiuk et al. transfer constant (Table 1) confirm the transfer of growing chains to MP. It is evident that the amount of oligomer molecules containing ter- minal peroxide group increases with an in- crease in concentration of MP. An average functionality in respect of MP fragments of the polymers after fractioning confirms entering one terminal peroxide group in accordance with the scheme (Fig. 2). On the second stage poly(F-MA)-MPs were used for initiation of polymerization of NVP to provide the formation of water soluble poly- amphiphils of comb-like/block structures con- sisting of hydrophobic poly(F-MA) and hy- Table 2. Kinetic characteristics of NVP polymerization initiated by poly(F-MA)-MP ([NVP]=1.75 mol/l, [CGE]=0.18 mol/l, 363K, dioxane) and poly(F-MA)-MP-block-poly(NVP)-CGE characteristics Mn of poly(F- MA)-MP, kDa [CGE] in reaction system, mole/l Content of peroxide groups, 103, mol/l Rp·104, mole/(l·s) α Composition of the block-copolymers, % mole Mn, kDa* Block A Block B poly(NVP) Content of [CGE] in block- copolymers 5,5 0.18 5.01 3.47 0.9 22.0 77.82 0.18 25.0 3.34 2.37 24.7 75.1 0.20 22.3 1.67 1.44 19.4 80.44 0.16 28.4 4,3 6.76 4.18 0.8 14.7 85.15 0.15 29.3 4.51 2.12 12.1 87.78 0.12 35.4 2.25 1.36 11.6 88.28 0.12 37.1 0.35 4.51 1.84 – 14.7 85.11 0.19 29.3 0.53 1.70 19.2 80.6 0.20 22.4 0.88 1.20 22.7 77.07 0.23 18.9 *calculated from GPC data Table 1. Kinetics of F8-MA polymerization ([mon]=1.5 mol/l, initiator – AIBN, 343 K, dioxane) and poly(F8-MA)-MP characteristics [MP], mol/l in reac tion system [AIBN], mol/l in reaction system Rp104, mol/l·s Kpol·103, l/(mol·s) α* М** n, kDa MP content in polymer molecules, % f an average functionality in respect of MP end fragment kt, l/mole×s chain transfer to MP constant*** 0.15 0.03 3.83 6.20 0.81 7.1 4.2 – 49.8 0.06 5.81 6.7 4.5 1.12 0.08 7.55 – – – 0.10 10.7 – – 0.38 0.03 1.25 3.24 0.93 7.4 4.03 – 0.06 2.31 5.9 5.1 1.18 0.08 3.00 5.4 5.55 – 0.10 3.92 4.7 6.27 0.62 0.06 2.07 – – 4.3 6.9 1.18 *α — reaction order by initiator **GPC results; ***kp= 809 for butyl acrylate at 343K used for calculation 213 Fluorine-containing polyamphiphiles constructed from synthetic and biopolymer blocks drophilic nonionic polymer blocks. The po- lymerization carried out in the presence of CGE causes entering terminal epoxide-con- taining fragment (Tables 2). It is evident (Table 2) that the results of po- lymerization of NVP initiated by peroxide-ter- minated poly(F-MA)-MP correspond to the known regularities of radical polymerization, an increase of the polymerization rate at increased concentration of initiating terminal peroxide groups. The concentrations of initiating MP fragments and chain transfer agent are the main factors defining the rate and degree of the po- lymerization (Table 2). High value of the con- stant of transfer of growing NVP chains to CGE molecules (26.7 l/moles) causes their predomi- nant termination via growing chain transfer reac- tion. Polymerization carried out in the presence of chain transfer agent provides the controlling rate and degree of the polymerization and amount of copolymer molecules containing ter- minal CGE fragments (Table 2). The values of orders of polymerization rates in respect of con- centration of initiating peroxide groups as well as reverse dependences of molecular weights of hydrophilic poly(NVP) blocks on CGE concen- tration witness to the termination of the growing chains due to their transfer to telogen molecules. Elemental and functional analyses were used also for determination of functional groups in the attached block of poly(NVP) and terminal epoxide fragment of CGE (Table 2). The 19F (a) and 13С (b) NMR spectra of resulting telechelic polymers contain charac- teristic peaks confirming the formation of oligomer molecules of poly(F-MA) with ter- minal fragment of MP (Fig.3) as well as func- tional structure of di-block-copolymers con- taining terminal epoxide group. The epoxide terminal group availability in the molecules of poly(F-MA)-block- poly(NVP)-CGE provides easy and convenient route for the synthesis of hybrid block-copo- lymers combining synthetic block and block of oligonucleotide attached via condensation reaction of terminal epoxide group of di-block- copolymer with amino group of ONC linker (the scheme in Fig. 2). An excitation and emission bands in lumi- nescent spectra (Fig.4) proper to FITC frag- ment in the structure of ONC of tri-block- copolymer confirm the successful attachment of ONC via condensation reaction of ONC amino group with terminal epoxide group of di-block-copolymer. It can be concluded that hybrid tri-block- copolymer is of interest as a marker for label- ing bacteria and pathological items including cancer cells. Conclusions Polymeric surfactants consisting of branched fluorine-containing and linear hydrophilic poly(NVP) and biopolymer blocks were syn- thesized via the consequent radical and con- densation reactions of polymer terminal per- oxide or epoxide groups included in a product of polymerization in the presence of proper functional derivatives of cumene. The established dependences of polymer chain length and structures as well as content of functional terminal groups in oligomer mol- ecules as a result of polymerizations occurred in the presence of the cumene derivatives as telogens witness to the convenient and simple approach of the controlling structures, colloi- dal-chemical characteristics and bioactivity of the developed polymeric materials. 214 O. L. Paiuk, N. Ye. Mitina, K. A. Volianiuk et al. A B Fig. 3. NMR-spectra of poly(F-MA)-MP (19F and 13С — a, 1H — b, line I) and poly(F-MA)-block-poly(NVP)-CGE (1H — b, line II) 215 Fluorine-containing polyamphiphiles constructed from synthetic and biopolymer blocks Finally oligonucleotide (ONC) was attached via the condensation reaction of ONC primary amino group with terminal epoxide group of di-block-copolymer. Acknowledgment The reported work is partly supported within the “PolyMarker” Project and the M/287-2013 Project funded by the German Federal Ministry of Education and Research (BMBF, WTZ_ UKR_2012_053) and by the Ministry of Education and Science of Ukraine. REFERENCES 1. Ahmad Z, Shah A, Siddiq M, Kraatz H. Polymeric micelles as drug delivery vehicles. RCS Adv. 2014; 33(4): 17028–38. 2. Negishi T, Koizumi F, Uchino H, Kuroda J, Kawa- guchi T, Naito S, Matsumura Y. NK105, a paclita- xel-incorporating micellar nanoparticle, is a more potent radiosensitising agent compared to free pa- clitaxel. Br J Cancer. 2006;95(5):601–6. 3. Riabtseva A, Mitina N, Boiko N, Garasevich S, Yanchuk I, Stoika R, Slobodyanyuk O, Zaichenko A. Structural and colloidal-chemical characteristics of nanosized drug delivery systems based on pegylat- ed comb-like carriers. Chem Chem Technol. 2012; 6(3):291–5. 4. Bailey CM, Nagarajan R, Camesano TA. Designing polymer micelles of controlled size, stability, and functionality for siRNA delivery. In: MA. Ilies Ed. Control of amphiphilie self-assembling at the mo- lecular level: supra-molecular assemblies with tuned physicochemical properties for delivery applica- tions. ACS Symposium Series. 2017; 1271: 35–70. 5. Kataoka K, Harada A, Nagasaki Y. Block copolymer micelles for drug delivery: design, characterization and biological significance. Adv Drug Deliv Rev. 2001;47(1):113–31. 6. Ravey JС, Gherbi A, Stebe MJ. Comparative study of fluorinated and hydrogenated nonionic surfac- tants. I. Surface activity properties and critical con- centrations. In: Degiorgio V. (eds) Trends in Colloid and Interface Science II. Progress in Colloid & Polymer Science. 1988;76: 234–41. 7. Wang M, Liu H, Li L, Cheng Y. A fluorinated den- drimer achieves excellent gene transfection efficacy at extremely low nitrogen to phosphorus ratios. Nat Commun. 2014;5:3053. 8. Knight JC, Edwards PG, Paisey SJ. Fluorinated contrast agents for magnetic resonance imaging; a review of recent developments. RSC Adv. 2011; 1(8): 1415–25. 9. Porsch C, Zhang Y, Östlund A, Damberg P, Ducani C, Malmström E, Nyström AM. In vitro evaluation A B Fig. 4. Fluorescein excitation (440nm) (1) and emission spectra (550nm) (2) of fluorescein and tri-block-copolymer poly(F-MA)-block-poly(NVP)-block-Eub338FITC (a) and images of bacteria Pseudomonas putida labelled with tri- block-copolymer made on luminescent microscope (b) 216 O. L. Paiuk, N. Ye. Mitina, K. A. Volianiuk et al. of non-protein adsorbing breast cancer theranostics based on 19 f-polymer containing nanoparticles. Part Part Syst Charact. 2013; 30(4):381–90. 10. Vatsulic P. Chemistry of monomers. Мoscov: Izda- tielstvo inostrannoi literatury, 1960. 735 p. 11. Dikyy MA. Synthesis and some rections of peroxide monomers – derivatives of isopropenyl benzene. Russ J Organ Chem. 1981; 17(2): 353. 12. Kinash NI, Paiuk OL, Dolynska LV, Nadashkevych ZYa, Hevus OI. The synthesis of novel functional derivatives of cumene alcohol. Visnyk NU “Lvivska polytekhnika” “Khimiya, tekhnologiya rechovyn ta yih zastosuvannia”. 2017; 863: 40–5. 13. Amann RI, Binder BJ, Olson RJ, Chisholm SW, Devereux R, Stahl DA. Combination of 16S rRNA- targeted oligonucleotide probes with flow cytometry for analyzing mixed microbial populations. Appl Environ Microbiol. 1990;56(6):1919–25. 14. Oliveira M, Andrade G, Guerra M, Bernardo F. Development of a fluorescent in situ hybridization protocol for the rapid detection and enumeration of Listeria monocytogenes in milk. Rev Port Ciênc Vet. 2003; 98(547): 119–24. 15. Carte RE. Organic Solvents: Properties, Toxicity, and Industrial Effects. New York: Nova Science Publisher’s, 2011; 173 p. 16. Braun D, Cherdron H, Ritter H. Polymer synthesis: theory and practice. Fundamentals, methods, ex- periments. Berlin: Springer Science & Business Media, 2013. 404 p. 17. Matyjaszewski K, Davis TP. Handbook of Radical Polymerization. New York: John Wiley & Sons, 2002; 936 p. 18. Odian G. Principles of Polymerization, Fourth Edi- tion. Hoboken: John Wiley & Sons, Inc, 2004; 839 p. 19. Vasiliev VP. The homolytic decomposition of the alkenalkyl peroxide monomer and its polymers, Ph.D. thesis, Lviv: Lviv Polytechnic National Uni- versity, 1990. 156 p. 20. Tanaka T. Experimental methods in polymer science: modern methods in polymer research and technol- ogy. New York.: Academic Press, 2000; 604 p. 21. Smith BC. Fundamentals of Fourier Transform In- frared Spectroscopy, Second Edition. Boca Raton: CRC Press, 2011; 207 p. 22. Fainermanand V, Mille R. Maximum Bubble Pres- sure Tensiometry. In: Miller R, Liggieri L. (Eds.). Bubble and drop interfaces in progress in colloid and interface science, V.2. Brill, Leiden 2009; 665 p 23. Zaichenko A, Mitina N, Shevchuk O, Rayevska K, Lobaz V, Skorokhoda T, Stoika R. Development of novel linear, block, and branched oligoelectrolytes and functionally targeting nanoparticles. Pure Appl Chem. 2008; 80 (11): 2309–26. Фтор-вмісні поліамфіфіли блочної будови складені з синтетичних та біо- полімерних блоків О. Л. Паюк, Н. Є. Мітіна, О. С. М’ягкота, К. А. Волянюк, Н. Мусат, Г. З. Стриганюк, О. В. Решетняк, Н. І. Кінаш, О. І. Гевусь, Ю. Г. Шермолович, О. С. Заіченко Мета. Цілеспрямоване одержання полімерних по- верхнево-активних речовин, які поєднюють гідрофоб- ні фторвмісні та гідрофільні синтетичні та натуральні блоки, за допомогою радикальних та нерадикальних конденсаційних реакцій з використанням пероксидних, епоксидних, та/або аміно- кінцевих груп у складі по- лімерних елементарних блоків. Методи. Радикальні та нерадикальні реакції, полімеризація, спектральні (ЯМР- та люмінесцентна спектроскопія), гель-про- никна хроматографія та інші аналітичні техніки. Результати. Первинні олігомери полі(F-MA)-MП син- тезували шляхом радикальної полімеризації фтор-алкіл метакрилату (F-MA) у присутності пероксидвмісного телогену (MП). Використання МП забезпечує контроль довжини та структури олігомерних ланцюгів, а також входження кінцевої пероксидної групи до складу ма- кромолекул. Радикальна полімеризація N-вініл піро- лідону (NВП), ініційована полі(F-MA)-MП як макро- ініціатором, у присутності епоксидвмісної похідної кумолу (КГЕ) була використана для отримання водо- розчинного полі(F-MA)-блок-полі(NВП)-КГЕ. В кін- цевому результаті, приєднання олігонуклеотиду (ОНК) до полімерного носія було здійснено реакцією конден- сації первинної аміногрупи ОНК з кінцевою епоксид- ною групою полі(F-MA)-блок-полі(NВП) — КГЕ. Висновки. Синтезовано серію нових блок-кополімерів, що поєднюють синтетичні та біополімери. Отримані 217 Fluorine-containing polyamphiphiles constructed from synthetic and biopolymer blocks триблок-кополімери можуть бути використані в якос- ті маркерів для мічення бактерій та патологічних, включаючи ракові, клітин. К л юч ов і с л ов а: фторовані поліамфіфіли, оліго- нуклеотид, радикальні та конденсаційні реакції, гібрид- ний блок-кополімер, мічення бактерій. Фтор-содержащие полиамфифилы блочной структуры собранные из синтетических и био- полимерных блоков О. Л. Паюк, Н. Є. Митина, О. С. Мягкота, К. А. Волянюк, Н. Мусат, Г. З. Стриганюк, А. В. Решетняк, Н. І. Кинаш, О. І. Гевусь, Ю. Г. Шермолович, А. С. Заиченко Цель. Целенаправленное получение полимерных по- верхностно-активных веществ, сочетающих фториро- ванные гидрофобные и гидрофильные синтетические и натуральные блоки, методами радикальных и нера- дикальных конденсационных реакций с использова- нием концевых пероксидных, эпоксидных и/или ами- но- групп первичных полимерных блоков. Методы. Радикальные и нерадикальные реакции, полимериза- ция, спектральная (ЯМР- и люминесцентная спектро- скопия), гель-проникающая хроматография и другие аналитические методы. Результаты. Первичные оли- гомеры поли(F-MA)-MП синтезировали путем ради- кальной полимеризации фтор-алкилметакрилата (F- MA) в присутствии пероксидсодержащего телогена (МП). Использование МП обеспечивает контроль длины и архитектуры олигомерной цепи, а также вве- дение концевой пероксидной группы в состав макро- молекул. Радикальная полимеризация N-винил пир- ролидона (NВП) в присутствии эпоксидсодержащей производной кумола (КГЭ), инициируемая макроини- циатором поли(F-MA)-MП, была применена для по- лучения водорастворимого поли(F-MA)-блок-поли(N- ВП)-КГЭ. Наконец, олигонуклеотид (ОНК) был при- соединен к полимерному носителю посредством ре- акции конденсации первичной аминогруппы ОНК с концевой эпоксидной группой поли(F-MA)-блок-по- ли(NВП)-КГЭ. Выводы. Синтезирован ряд новых блок-сополимеров сочетающих синтетические и био- полимеры. Полученные триблок-сополимеры могут быть использованы как маркеры для мечения бактерий и патологических, в том числе раковых, клеток. К л юч е в ы е с л ов а: фторированные полиамфифи- лы, олигонуклеотид, радикальные и конденсационные реакции, гибридный блок-сополимер, мечение бактерий. Received 30.04.2018 _GoBack
id nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-154341
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn 0233-7657
language English
last_indexed 2025-12-07T17:42:29Z
publishDate 2018
publisher Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
record_format dspace
spelling Paiuk, O.L.
Mitina, N.Ye.
Myagkota, O.S.
Volianiuk, K.A.
Musat, N.
Stryganyuk, G.Z.
Reshetnyak, O.V.
Kinash, N.I.
Hevus, O.I.
Shermolovich, Yu.G.
Zaichenko, A.S.
2019-06-15T14:11:26Z
2019-06-15T14:11:26Z
2018
Fluorine-containing polyamphiphiles of block structure constructed of synthetic and biopolymer blocks / O.L. Paiuk, N.Ye. Mitina, O.S. Myagkota, K.A. Volianiuk, N. Musat, G.Z. Stryganyuk, O.V. Reshetnyak, N.I. Kinash, O.I. Hevus, Yu.G. Shermolovich, A.S. Zaichenko // Вiopolymers and Cell. — 2018. — Т. 34, № 3. — С. 207-217. — Бібліогр.: 23 назв. — англ.
0233-7657
DOI: http://dx.doi.org/10.7124/bc.00097B
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/154341
541.64
Aim. Purposeful preparation of polymeric surfactants combining hydrophobic fluorine-containing and hydrophilic synthetic and natural blocks via radical and non-radical reactions using peroxide, epoxide and/or amino- terminal groups of the polymeric elementary blocks. Methods. Radical and non-radical condensation reactions, polymerization, spectral (NMR- and luminescence spectroscopy), gel-permeation chromatography and other analytical techniques`. Results. Primary oligomers poly(F-MA)-MP were synthesized via radical polymerization of fluorine-alkyl methacrylate (F-MA) in the presence of peroxide-containing telogen (MP). That provides controlling the oligomer chain length and architectures as well as entering a terminal peroxide group in the macromolecules. Radical polymerization of vinyl pyrrolidone (NVP) initiated by poly(F-MA)-MP as macroinitiator in the presence of epoxide-containing derivative of cumene (CGE) was used for obtaining water soluble poly(F-MA)-block-poly(NVP)-CGE. Finally oligonucleotide (ONC) was attached via condensation reaction of ONC primary amino group with terminal epoxide group of poly(F-MA)-block-poly(NVP)-CGE. Conclusions. A series of novel block/comb-like copolymers with synthetic and natural parts was synthesized. Obtained tri-block copolymers can be used as markers for labeling bacteria and pathological items including cancer cells.
Мета. Цілеспрямоване одержання полімерних поверхнево-активних речовин, які поєднюють гідрофобні фторвмісні та гідрофільні синтетичні та натуральні блоки, за допомогою радикальних та нерадикальних конденсаційних реакцій з використанням пероксидних, епоксидних, та/або аміно- кінцевих груп у складі полімерних елементарних блоків. Методи. радикальні та нерадикальні реакції, полімеризація, спектральні (ЯМР- та люмінесцентна спектроскопія), гель-проникна хроматографія та інші аналітичні техніки. Результати. Первинні олігомери полі(F-MA)-MП синтезували шляхом радикальної полімеризації фтор-алкіл метакрилату (F-MA) у присутності пероксидвмісного телогену (MП). Використання МП забезпечує контроль довжини та структури олігомерних ланцюгів, а також входження кінцевої пероксидної групи до складу макромолекул. Радикальна полімеризація N-вінілпіролідону (NВП), ініційована полі(F-MA)-MП як макроініціатором, у присутності епоксидвмісної похідної кумолу (КГЕ) була використана для отримання водорозчинного полі(F-MA)-блок-полі(NВП)-КГЕ. В кінцевому результаті, приєднання олігонуклеотиду (ОНК) до полімерного носія було здійснено реакцією конденсації первинної аміногрупи ОНК з кінцевою епоксидною групою полі(F-MA)-блок-полі(NВП) –КГЕ. Висновки. Синтезовано серію нових блок-кополімерів, що поєднюють синтетичні та біополімери. Отримані триблок-кополімери можуть бути використані в якості маркерів для мічення бактерій та патологічних, включаючи ракові, клітин.
Цель. Целенаправленное получение полимерных поверхностно-активных веществ, сочетающих фторированные гидрофобные и гидрофильные синтетические и натуральные блоки, методами радикальных и нерадикальных конденсационных реакций с использованием концевых пероксидных, эпоксидных и/или амино- групп первичных полимерных блоков. Методы. Радикальные и нерадикальные реакции, полимеризация, спектральная (ЯМР- и люминесцентная спектроскопия), гель-проникающая хроматография и другие аналитические методы. Результаты. Первичные олигомеры поли(F-MA)-MП синтезировали путем радикальной полимеризации фтор-алкилметакрилата (F-MA) в присутствии пероксидсодержащего телогена (МП). Использование МП обеспечивает контроль длины и архитектуры олигомерной цепи, а также введение концевой пероксидной группы в состав макромолекул. Радикальная полимеризация N-винилпирролидона (NВП) в присутствии эпоксидсодержащей производной кумола (КГЭ), инициируемая макроинициатором поли(F-MA)-MП, была применена для получения водорастворимого поли(F-MA)-блок-поли(NВП)-КГЭ. Наконец, олигонуклеотид (ОНК) был присоединен к полимерному носителю посредством реакции конденсации первичной аминогруппы ОНК с концевой эпоксидной группой поли(F-MA)-блок-поли(NВП)-КГЭ. Выводы. Синтезирован ряд новых блок-сополимеров сочетающих синтетические и биополимеры. Полученные триблок-сополимеры могут быть использованы как маркеры для мечения бактерий и патологических, в том числе раковых, клеток.
en
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
Вiopolymers and Cell
Bioorganic Chemistry
Fluorine-containing polyamphiphiles of block structure constructed of synthetic and biopolymer blocks
Фтор-вмісні поліамфіфіли блочної будови складені з синтетичних та біо- полімерних блоків
Фтор-содержащие полиамфифилы блочной структуры собранные из синтетических и био- полимерных блоков
Article
published earlier
spellingShingle Fluorine-containing polyamphiphiles of block structure constructed of synthetic and biopolymer blocks
Paiuk, O.L.
Mitina, N.Ye.
Myagkota, O.S.
Volianiuk, K.A.
Musat, N.
Stryganyuk, G.Z.
Reshetnyak, O.V.
Kinash, N.I.
Hevus, O.I.
Shermolovich, Yu.G.
Zaichenko, A.S.
Bioorganic Chemistry
title Fluorine-containing polyamphiphiles of block structure constructed of synthetic and biopolymer blocks
title_alt Фтор-вмісні поліамфіфіли блочної будови складені з синтетичних та біо- полімерних блоків
Фтор-содержащие полиамфифилы блочной структуры собранные из синтетических и био- полимерных блоков
title_full Fluorine-containing polyamphiphiles of block structure constructed of synthetic and biopolymer blocks
title_fullStr Fluorine-containing polyamphiphiles of block structure constructed of synthetic and biopolymer blocks
title_full_unstemmed Fluorine-containing polyamphiphiles of block structure constructed of synthetic and biopolymer blocks
title_short Fluorine-containing polyamphiphiles of block structure constructed of synthetic and biopolymer blocks
title_sort fluorine-containing polyamphiphiles of block structure constructed of synthetic and biopolymer blocks
topic Bioorganic Chemistry
topic_facet Bioorganic Chemistry
url https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/154341
work_keys_str_mv AT paiukol fluorinecontainingpolyamphiphilesofblockstructureconstructedofsyntheticandbiopolymerblocks
AT mitinanye fluorinecontainingpolyamphiphilesofblockstructureconstructedofsyntheticandbiopolymerblocks
AT myagkotaos fluorinecontainingpolyamphiphilesofblockstructureconstructedofsyntheticandbiopolymerblocks
AT volianiukka fluorinecontainingpolyamphiphilesofblockstructureconstructedofsyntheticandbiopolymerblocks
AT musatn fluorinecontainingpolyamphiphilesofblockstructureconstructedofsyntheticandbiopolymerblocks
AT stryganyukgz fluorinecontainingpolyamphiphilesofblockstructureconstructedofsyntheticandbiopolymerblocks
AT reshetnyakov fluorinecontainingpolyamphiphilesofblockstructureconstructedofsyntheticandbiopolymerblocks
AT kinashni fluorinecontainingpolyamphiphilesofblockstructureconstructedofsyntheticandbiopolymerblocks
AT hevusoi fluorinecontainingpolyamphiphilesofblockstructureconstructedofsyntheticandbiopolymerblocks
AT shermolovichyug fluorinecontainingpolyamphiphilesofblockstructureconstructedofsyntheticandbiopolymerblocks
AT zaichenkoas fluorinecontainingpolyamphiphilesofblockstructureconstructedofsyntheticandbiopolymerblocks
AT paiukol ftorvmísnípolíamfífílibločnoíbudoviskladenízsintetičnihtabíopolímernihblokív
AT mitinanye ftorvmísnípolíamfífílibločnoíbudoviskladenízsintetičnihtabíopolímernihblokív
AT myagkotaos ftorvmísnípolíamfífílibločnoíbudoviskladenízsintetičnihtabíopolímernihblokív
AT volianiukka ftorvmísnípolíamfífílibločnoíbudoviskladenízsintetičnihtabíopolímernihblokív
AT musatn ftorvmísnípolíamfífílibločnoíbudoviskladenízsintetičnihtabíopolímernihblokív
AT stryganyukgz ftorvmísnípolíamfífílibločnoíbudoviskladenízsintetičnihtabíopolímernihblokív
AT reshetnyakov ftorvmísnípolíamfífílibločnoíbudoviskladenízsintetičnihtabíopolímernihblokív
AT kinashni ftorvmísnípolíamfífílibločnoíbudoviskladenízsintetičnihtabíopolímernihblokív
AT hevusoi ftorvmísnípolíamfífílibločnoíbudoviskladenízsintetičnihtabíopolímernihblokív
AT shermolovichyug ftorvmísnípolíamfífílibločnoíbudoviskladenízsintetičnihtabíopolímernihblokív
AT zaichenkoas ftorvmísnípolíamfífílibločnoíbudoviskladenízsintetičnihtabíopolímernihblokív
AT paiukol ftorsoderžaŝiepoliamfifilybločnoistrukturysobrannyeizsintetičeskihibiopolimernyhblokov
AT mitinanye ftorsoderžaŝiepoliamfifilybločnoistrukturysobrannyeizsintetičeskihibiopolimernyhblokov
AT myagkotaos ftorsoderžaŝiepoliamfifilybločnoistrukturysobrannyeizsintetičeskihibiopolimernyhblokov
AT volianiukka ftorsoderžaŝiepoliamfifilybločnoistrukturysobrannyeizsintetičeskihibiopolimernyhblokov
AT musatn ftorsoderžaŝiepoliamfifilybločnoistrukturysobrannyeizsintetičeskihibiopolimernyhblokov
AT stryganyukgz ftorsoderžaŝiepoliamfifilybločnoistrukturysobrannyeizsintetičeskihibiopolimernyhblokov
AT reshetnyakov ftorsoderžaŝiepoliamfifilybločnoistrukturysobrannyeizsintetičeskihibiopolimernyhblokov
AT kinashni ftorsoderžaŝiepoliamfifilybločnoistrukturysobrannyeizsintetičeskihibiopolimernyhblokov
AT hevusoi ftorsoderžaŝiepoliamfifilybločnoistrukturysobrannyeizsintetičeskihibiopolimernyhblokov
AT shermolovichyug ftorsoderžaŝiepoliamfifilybločnoistrukturysobrannyeizsintetičeskihibiopolimernyhblokov
AT zaichenkoas ftorsoderžaŝiepoliamfifilybločnoistrukturysobrannyeizsintetičeskihibiopolimernyhblokov