Amfifilní fosfoniové karbosilanové dendrony s laditelnou strukturou pro nanomedicínu

Amfifilní materiály obsahující hydrofilní a hydrofobní doménu v molekule mají tendenci ve vodných roztocích samovolně tvořit samoskladbou složité supramolekulární útvary – micely nebo dvojvrstvy různých tvarů. Tento jev široce využívají živé organismy mimo jiné pro tvorbu buněčných membrán a z nich odvozených útvarů zajišťujících dopravu látek z a do buňky – exosomů a endosomů. Jejich uměle připravené alternativy s nejrůznějším složením lze využít v nanomedicíně jako systémy pro dopravu léčiv či nukleových kyselin.

Náš tým syntetizoval sérii amfifilních dendronů s rozvětvenou hydrofilní částí nesoucí různý počet kladně nabitých fosfoniových skupin a hydrofobní částí tvořenou jedním či dvěma alifatickými řetězci. Následně jsme sledovali vliv tvaru molekuly (změn v poměru hydrofilní a hydrofobní části) na vlastnosti vznikajících nanočástic. Zjistili jsme, že jak samoskladebné vlastnosti (kritická micelární koncentrace a velikost částic), tak biologické účinky amfifilních dendronů korelují s jejich strukturními parametry. Všechny tyto dendrony tvoří už při nízkých koncentracích ve vodných roztocích velmi malé a stabilní micely, schopné pronikat buněčnou membránou a vykazující vysokou cytotoxicitu, ale rovněž vysokou antimikrobiální aktivitu vůči multirezistentním bakteriálním kmenům. Dendrony také tvoří komplexy s RNA potenciálně vhodné pro terapii. Pro účely sledování osudu částic v buněčných kulturách a tkáních jsme připravili dendron nesoucí v molekule fluorescenční značku. Značený dendron ve směsi se svým neznačeným strukturním analogem tvoří kompozitní supramolekulární útvary, které bylo možné sledovat přímo v buňkách pomocí fluorescenční mikroskopie a potvrdit tak jejich úspěšný prostup buněčnou membránou.

Tato studie vznikla v rámci multidisciplinární spolupráce mezi Výzkumnou skupinou bioorganické chemie a biomateriálů na Ústavu chemických procesů, Univerzitou J. E. Purkyně v Ústí nad Labem (Katedra fyziky a Centrum nanomateriálů a biotechnologií) a Biomedicínským výzkumným centrem Univerzitní nemocnice Hradec Králové. Její výsledky přispívají k pochopení vztahů mezi strukturou a samoskladebným chováním amfifilních dendritických materiálů a ukazují široké možnosti jejich využití v nanomedicíně.

• Edr A., Wrobel D., Krupková A., Červenková Šťastná L., Apartsin E., Hympánová M., Marek J., Malý J., Malý M., Strašák T.*: Adaptive Synthesis, Supramolecular Behavior, and Biological Properties of Amphiphilic Carbosilane-Phosphonium Dendrons with Tunable Structure. Biomacromolecules 2024, 25(12), 7799–7813. doi.org/10.1021/acs.biomac.4c01092