Synthesis and characterization of PEG-based block copolymers with thermo-responsive sol-gel transition

This thesis work focuses on the formulation of poly(ethylene glycol) (PEG) based diblock and triblock thermo-responsive copolymers for the sustained administration of drugs and as a scaffold for tissue growing. It is well known how AB and ABA block copolymers (where A has thermo-responsive properties and B is hydrophilic) are able to self-assemble into micelles of different morphologies when the temperature is raised above a lower critical solution temperature (LCST). In this work, these structures have been obtained by means of reversible addition-fragmentation chain-transfer (RAFT) polymerization directly in water, with a technique that is commonly referred to as Polymerization-Induced Self-Assembly (PISA). In appropriate conditions of polymer concentration and thermo-responsive block length, such formulations were demonstrated to give reversible sol-gel transition upon heating. Different formulations have been tested by changing the relative degree of polymerization (DP) of the thermo-responsive block and the copolymer concentration in water in order to construct a phase diagram and identify the boundaries of the reversible gelation region. To increase the biological relevance of such formulations, the synthesized copolymers were made biodegradable under physiological conditions to be completely eliminated after the release of the payload and in turn to avoid the risk of polymer accumulation. Finally, the possibility to sustainedly deliver an active principle from the gel scaffold was studied in the case of model compounds.

Questa tesi si focalizza sulla formulazione di copolimeri termo-responsivi con struttura diblocco e triblocco a base di polietilenglicole (PEG) per la somministrazione di farmaci e come substrato per la crescita di tessuti cellulari. È risaputo come copolimeri a blocchi AB e ABA (dove A ha proprietà termo-responsive e B è idrofilo) siano in grado di auto-assemblare in micelle di diverse morfologie quando la temperatura sale al di sopra della temperatura critica inferiore di solubilità (LCST). In questo lavoro, queste strutture sono state ottenute tramite reversible addition-fragmentation chain-transfer (RAFT) polymerization direttamente in acqua, tramite assemblaggio indotto dalla polimerizzazione (PISA). In condizioni appropriate di concentrazione di copolimero e lunghezza del blocco termo-responsivo, tali formulazioni hanno mostrato una transizione sol-gel reversibile al loro riscaldamento. Sono state testate diverse formulazioni variando il grado di polimerizzazione (DP) del blocco termo-responsivo e la concentrazione del copolimero in acqua in modo da costruire un diagramma di fase e identificare i confini della regione di gelazione reversibile. Per aumentare la rilevanza in campo biologico di tali formulazioni, i copolimeri sintetizzati sono stati resi biodegradabili in condizioni fisiologiche per essere completamente eliminati dopo il rilascio del farmaco e per evitare il rischio di un loro accumulo. Infine, la possibilità di rilasciare in modo sostenuto un principio attivo dal gel è stata studiata con dei composti campione.