CONFORMATIONALLY SWITCHABLE POLYGLUTAMATES AS A PROSPECTIVE MATERIAL FOR POLYMER THERAPEUTICS DESIGN

Abstract

[ES] Los tratamientos en los que se utilizan Polímeros Terapéuticos ofrecen numerosas ventajas en comparación con los tratamientos convencionales y otros enfoques de nanomedicina. Entre estas ventajas se puede destacar la especificidad para cruzar ciertas barreras biológicas y su capacidad de acumulación pasiva en tumores. Además, la conjugación de fármacos a polímeros ofrece ventajas adicionales tales como una farmacocinética mejorada, multivalencia, co-entrega de fármacos en la proporción deseada y liberación/activación específica en el sitio de acción requerido a través de la aplicación de enlaces polímero-fármaco que responden a estímulos fisiológicos. Uno de los tipos más importantes de polímeros que se utiliza para la administración de fármacos pertenecen a los polielectrolitos polipeptídicos. Su uso se debe principalmente, a su biocompatibilidad, biodegradabilidad, multivalencia y versatilidad estructural, así como a la plasticidad sintética en la modificación de cadenas laterales. La aplicación conjunta de ciencia de polielectrolitos con otras ramas de la química es muy prometedora; sin embargo, aún permanece en un estadío temparano en su desarrollo. Esto es debido a que, el control del autoensamblaje de polielectrolitos sigue siendo una tarea complicada y la investigación en esta área puede resultar muy laboriosa a la hora de encontrar sistemas biocompatibles más avanzados con un único perfil de acción y por supuesto, se abre un nuevo campo de estudio sobre las nuevas propiedades desconocidas de estos. Este tema es novedoso por la posibilidad de realizar diferentes estudios de combinación de polielectrolitos con residuos supramoleculares y representa el estudio de nuevas arquitecturas potencialmente mas complicadas. En la presente tesis doctoral se estudiarán el desarrollo de sistemas de administración de fármacos basados en polielectrolitos supramoleculares con un alto grado de control sobre las propiedades fisicoquímicas, centrándose principalmente en el control de la forma y el tamaño. Se han estudiado en profundidad varias familias de poliglutamatos de forma estrella con núcleos de diferente hidrofobicidad para determinar cómo la estructura del núcleo y la longitud de la cadena de polielectrolitos afectan el mecanismo de autoensamblaje. Una vez que se definieron estas correlaciones, se seleccionaron los candidatos más prometedores para la preparación de dos sistemas de transportede fármacos que consisten en partículas esféricas o en forma de cilindro. Finalmente, también se realizó la conjugación de varios fármacos (fasudil y dinaciclib) como agentes únicos o en combinación a través de diferentes enlaces biodegradables. Las propiedades fisicoquímicas y la actividad in vitro de los conjugados se estudiaron en profundidad y actualmente se están llevando a cabo experimentos in vivo en un modelo de cáncer de mama metastásico triple negativo ortotópico preclínicamente relevante, con los conjugados previamente seleccionados.

[CA] Els tractaments en els quals s'utilitzen Polímers Terapèutics ofereixen nombrosos avantatges en comparació amb els tractaments convencionals i altres enfocaments amb nanomedicina. Entre aquests avantatges es pot destacar l'especificitat per creuar certes barreres biològiques i la seva capacitat d'acumulació passiva en tumors. A més, la conjugació de fàrmacs a polímers ofereix avantatges addicionals com ara una farmacocinètica millorada, multivalència, co-lliurament de fàrmacs en la proporció desitjada i alliberament / activació específica en el lloc d'acció requerit a través de l'aplicació d'enllaços polímer-fàrmac que responen a estímuls fisiològics. Un dels tipus més importants de polímers que s'utilitza per a l'administració de fàrmacs pertanyen als polielectròlits polipeptídics. El seu ús es deu principalment, ala seua biocompatibilitat, biodegradabilitat, multivalència i versatilitat estructural, així com a la plasticitat sintètica en la modificació de cadenes laterals. L'aplicació conjunta de ciència de polielectròlits amb altres branques de la química és molt prometedora; però, encara roman en un estadi primerenc en el seu desenvolupament. Això és degut al fet que, el control de l'autoensamblatge de polielectròlits segueix sent una tasca complicada i la investigació en aquesta àrea pot resultar molt laboriosa a l'hora de trobar sistemes biocompatibles més avançats amb un únic perfil d'acció i per descomptat, s'obre un nou camp d'estudi sobre les noves propietats desconegudes d'aquests. Aquest tema és nou j que ofereix la possibilitat de realitzar diferents estudis de combinació de polielectròlits amb residus supramoleculars i representa l'estudi de noves arquitectures potencialment més complicades. En la present tesi doctoral s'estudiaran el desenvolupament de sistemes d'administració de fàrmacs basats en polielectròlits supramoleculars amb un alt grau de control sobre les propietats fisicoquímiques, centrant-se principalment en el control de la forma i la mida. S'han estudiat en profunditat diverses famílies de poliglutamatos de forma estrella amb nuclis de diferent hidrofobicitat per determinar com l'estructura delnucli i la longitud de la cadena de polielectròlits afecten el mecanisme de autoensamblatge. Una vegada que es van definir aquestes correlacions, es van seleccionar els candidats més prometedors per a la preparació de dos sistemes de transport de fàrmacs que consisteixen en partícules esfèriques o en forma de cilindre. Finalment, també es va realitzar la conjugació de diversos fàrmacs (fasudil i dinaciclib) com a agents únics o en combinació a través de diferents enllaços biodegradables. Les propietats fisicoquímiques i l'activitat in vitro dels conjugats es van estudiar en profunditat i actualment s'estan duent a terme experiments in vivo en un model ortotòpic de càncer de mama metastàtic triple negatiu preclínicament rellevant, amb els conjugats prèviament seleccionats.

[EN] Treatments based on polymer therapeutics offer numerous advantages when compared to conventional treatments and other nanomedicine approaches. These include passive tumor accumulation and the ability to cross specific biological barriers. Furthermore, polymer conjugation of drugs offers additional advantages such as improved pharmacokinetics, multivalency, co-delivery of drugs at the desired ratio, and specific release/activation at the required site of action via the application of polymer-drug linkers that respond to physiological stimuli. One of the most important types of polymers suitable for drug delivery belong to polypeptide polyelectrolytes, mainly due to their biocompatibility and synthetic plasticity of side chain modification. The merging of polyelectrolyte science with other branches of chemistry seems very promising; however, it still remains in an embryonic state. While the control of polyelectrolyte self-assembly remains a complicated task, research in this area may provide more advanced biocompatible systems with unique profiles of action and new materials with yet unknown properties. The combination of polyelectrolytes with supramolecular moieties represents an especially interesting research topic, with the potential to derived more complicated architectures. This thesis is focused on the development of supramolecular-polyelectrolyte-based drug delivery systems with high degree of control over physicochemical properties, focusing mainly on shape and size. Several families of star-polyglutamates with cores of different hydrophobicity have been studied in depth in order to determine how the core structure and polyelectrolyte chain length affect self-assembly mechanism. Once these correlations were defined, the most promising candidates were selected for preparation of two drug delivery systems consisting of either spherical or rod-like particles. Finally, conjugation of several drugs (fasudil and dinaciclib) as single agents or in combination through different responsive linkers were also performed; physicochemical properties and in vitro activity of the conjugates were studied in depth and in vivo experiments with selected conjugates are currently ongoing in a preclinically relevant orthotopic Triple Negative Metastatic Breast Cancer Model.