Sintesi e caratterizzazione di una nuova classe di polimeri thermoresponsive a base di PEG per applicazioni biomediche

During the last years a growing interest is encountered by the so-called smart materials, able to give specific answers to external stimuli, that include variations of pH, temperature, magnetic field and so on. In this scenario, a relevant role is played by thermoresponsive polymers, synthetic materials that, as a consequence of the specific hydrophile-lipophile balance of the constituent monomer unit, exhibit a lower critical solution temperature (LCST) in water. In this way, while they are completely soluble below this critical temperature, they become insoluble, forming partially dehydrated aggregates when heated above this value, as a consequence of the entropic gain when water molecules associated with side-chain moieties are released into the bulk aqueous phase as the temperature increases. What can be experienced is a completely reversible coil-to-globule transition, associated to the conversion from water-chain interactions responsible for polymer solubilization, to chain-chain interactions that causes aggregation. Nowadays, the golden standard in the field of thermoresponsive polymers for biomedical applications is poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAAm), thanks to a LCST equal to 32°C, close to body temperature and quite insensitive to a wide range of operative conditions. However, a new class of polymers, synthesized from oligo(ethylen glycol)methyl ether methacrylates (OEGMA) macromonomers, shows lots of advantages with respect to PNIPAAm leading them to emerge in this scenario. These advantages includes a well defined phase transition, the possibility to tune the LCST by means of a copolymerization of two monomers and to exploit different synthetic techniques. The aim of the following work is therefore to provide an exhaustive and accurate characterization of this new polymers behavior in water solution, considering the role of different parameters in the determination of the lower critical temperature, including composition, average chain length and ionic strength of the solvent. This analysis culminates in evaluating the efficiency of this class of thermoresponsive polymers as carriers for the delivery of two specially selected drugs.

Negli ultimi anni si è assistito alla progressiva affermazione dei materiali cosiddetti “smart”, in grado di dare risposte specifiche a stimoli di varia natura, quali variazioni di pH, temperatura, campo magnetico e via dicendo. In questo ambito, un ruolo di rilievo è rivestito dai polimeri thermoresponsive, sistemi che, in virtù del peculiare equilibrio tra la porzione idrofila e quella idrofoba del monomero costituente, esibiscono una temperatura critica inferiore di solubilità (LCST) in soluzione acquosa. A cavallo di tale valore il polimero passa dunque, in maniera del tutto reversibile, da uno stato idrofilo a uno idrofobo, come conseguenza del guadagno entropico che il sistema ottiene rompendo i legami a idrogeno con le molecole d’acqua al crescere della temperatura. Il risultato è una cosiddetta transizione “coil-to-globule”, per cui le catene polimeriche, da solubili a causa del prevalere delle interazioni acqua-polimero, vengono a formare aggregati insolubili in seguito alle interazioni catena-catena indotte dall’incremento di temperatura. Ad oggi il polimero thermoresponsive di riferimento nel settore biomedico è rappresentato dal poli-(N-isopropilacrilammide) (PNIPAAm), grazie ad una LCST prossima alla temperatura corporea e al fatto che essa rimanga pressoché costante in un’ampia gamma di condizioni ambientali. Tuttavia una classe innovativa di materiali, ottenuti da macromonomeri di oligo(etilen glicole)metil etere metacrilato (OEGMA), ha dimostrato possedere notevoli vantaggi rispetto al PNIPAAm, combinati con una ben definita transizione di fase, l’opportunità di regolare la LCST al valore desiderato mediante copolimerizzazione di due monomeri in uno specifico rapporto e la possibilità di utilizzo di diverse tecniche di sintesi. Scopo del presente elaborato è dunque fornire un’esaustiva, quanto accurata caratterizzazione del comportamento in soluzione di questa nuova classe di polimeri thermoresponsive, soffermandosi ad indagare il ruolo rivestito da diversi parametri, quali composizione e lunghezza media di catena, sulla temperatura critica di solubilità, arrivando poi a valutarne l’efficacia come vettori di trasporto di due farmaci appositamente selezionati.