ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
3-apr-2025
2023/2024
I
recenti progressi nei coniugati polimerici, in cui i polimeri vengono innestati
covalentemente su biomolecole o nanoparticelle, stanno trasformando la
nanomedicina, migliorando funzionalità, stabilità e biocompatibilità di questi sistemi.
Questi sviluppi hanno portato a importanti innovazioni nella somministrazione di
farmaci, nell’imaging e nelle terapie mirate. Questa tesi esplora l’ottimizzazione della
sintesi di polimeri biocompatibili innestati su carbon dots e proteine, insieme alla
caratterizzazione chimico-fisica delle macromolecole coniugate.
La coniugazione è stata realizzata mediante l’approccio grafting from, che consente ai
polimeri di crescere direttamente da diversi substrati tramite polimerizzazione
radicalica a trasferimento atomico (ATRP). Particolare attenzione è stata dedicata alla
sintesi di copolimeri termosensibili di di(etilen glicol) metacrilato (MEO2MA) e
poli(etilen glicol) metacrilato (PEGMA). Questi copolimeri sono stati sintetizzati sia
tramite ATRP tradizionale che ATRP con Attivatori Generati dal Trasferimento di
Elettroni (AGET ATRP) da iniziatori commerciali, al fine di stabilire una correlazione
tra composizione monomerica e temperatura critica inferiore di soluzione (LCST).
Inoltre, AGET ATRP è stata impiegata per innestare i copolimeri su CDs, ottenendo
nanoparticelle termoresponsive per applicazioni teranostiche.
Inoltre, poli(glicerolo monometacrilato) (PGMA) e PPEGMA sono stati sintetizzati
mediante AGET ATRP in ambiente acquoso da iniziatori commerciali, adattando la
procedura ai coniugati proteina-polimero, poiché PGMA e PPEGMA rappresentano
alternative biocompatibili e non tossiche al poli(etilen glicol) (PEG).
La conoscenza precisa di peso molecolare e architettura è essenziale per ottenere
coniugati polimerici ben definiti. È stata sviluppata una strategia di idrolisi per isolare
la catena metacrilica, rimuovendo nanoparticelle innestate e catene laterali. Sono stati
esplorati sia il riscaldamento convenzionale che l'irradiazione a microonde per
ottimizzare e accelerare il processo, consentendo l'analisi SEC per determinare il grado
di polimerizzazione, il peso molecolare e la distribuzione del polimero innestato.
Recent advancements in polymer conjugates, where polymers are covalently grafted
onto biomolecules or nanoparticles, are transforming nanomedicine by enhancing the
functionality, stability, and biocompatibility of these systems. These improvements
have led to significant breakthroughs in drug delivery, imaging, and targeted
therapies. This thesis explores the optimization of biocompatible polymer synthesis
grafted onto carbon dots and proteins, along with the physicochemical
characterization of the resulting conjugated macromolecules.
Conjugation was performed using the grafting from approach, allowing polymers to
grow directly from different substrates via Atom Transfer Radical Polymerization
(ATRP). Particular attention was given to the synthesis of thermo-responsive
copolymers of 2-(2-methoxyethoxy) ethyl methacrylate (MEO2MA) and poly(ethylene
glycol) methyl ether methacrylate (PEGMA). These copolymers were synthesized via
both traditional ATRP and Activators Generated by Electron Transfer ATRP (AGET
ATRP) from commercial initiators to establish a correlation between monomer
composition and Lower Critical Solution Temperature (LCST). Moreover, AGET
ATRP was employed to graft the copolymers onto CDs, obtaining thermo-responsive
NPs for theranostic applications.
Furthermore, poly(glycerol monomethacrylate) (PGMA) and PPEGMA were
synthesized via aqueous AGET ATRP from commercial initiators to adapt the
procedure for protein-polymer conjugates, as PGMA and PPEGMA are biocompatible
and non-toxic alternatives to the gold standard poly(ethylene glycol) (PEG).
Precise knowledge of molecular weight and architecture is essential for well-defined
polymer conjugates. A hydrolysis strategy was developed to isolate the methacrylic
backbone, by removing grafted nanomaterials and side chains. Conventional and
microwave heating were investigated to maximize and accelerate hydrolysis, enabling
SEC analysis to determine polymerization degree, molecular weight, and grafted
polymer distribution.