Modulární syntetická strategie založená na click chemii a organofilní nanofiltraci pro přípravu rychle rostoucích poly(amido-karbosilanových) dendrimerů

Jak může chemie napodobit biologické systémy? V přírodě jsou biopolymery produkovány jako přesně definované nanostruktury a široce využívány jako stavební i funkční materiály. Snahou syntetických chemiků je docílit podobného stupně organizace s využitím sekvenční syntézy, ale se zvětšující se velikostí molekuly je stále těžší udržet kontrolu nad molekulární strukturou. Náš tým se zabývá syntézou dendritických (pravidelných vysoce větvených polymerních) molekul už více než dvě dekády. Nyní jsme se posunuli od obecně známých karbosilanových struktur, jejichž modifikační potenciál je omezený, a vyvinuli strukturně nový typ poly(amido-karbosilanových) (PAMCAS) dendrimerů.

V článku v prestižním časopisu ACS Polymers Au představujeme tuto novou modulární syntetickou strategii vedoucí k PAMCAS dendrimerům. Oproti většině popsaných metod syntézy dendrimerů tato nabízí urychlený růst molekuly, škálovatelnost a efektivní čištění. Všechny reakce jsou snadno proveditelné, probíhají reprodukovatelně s vysokými výtěžky a poskytují produkty s nízkou disperzitou. S využitím tří stavebních bloků (jádra a dvou větvených monomerů) jsme připravili sérii horizontálně proměnlivých homologů (dendrimerů stejné generace lišících se mírou větvení v jednotlivých vrstvách) až po třetí generaci. V pouhých šesti syntetických krocích jsme získali dendrimer s 864 periferními funkčními skupinami velikostí srovnatelný s velkými proteiny, např. imunoglobuliny (protilátkami). Protože modulární syntetická strategie představuje velkou výzvu z hlediska purifikace, zavedli jsme jako hlavní separační metodu organofilní nanofiltraci, což zajistilo vynikající výtěžky materiálů o vysoké čistotě a usnadnilo recyklaci nezreagovaných stavebních bloků, vhodnou pro zvýšení ekonomické efektivity postupu. Velikost všech 14 připravených vodorozpustných polyamoniových PAMCAS dendrimerů a jejich chování v roztoku jsme studovali pomocí MADLS, Zeta-PALS, A4F, difúzního NMR a molekulárního modelování. V současné době testujeme velikostní limity popsaného protokolu, abychom se pokusili připravit koloidně stabilní makromolekuly s nízkou polydisperzitou a molární hmotností přes 10⁶ Da, velikostí srovnatelné s virionovými částicemi.

Tato studie vznikla ve Výzkumné skupině bioorganické chemie a biomateriálů s přispěním kolegů z Analytického oddělení Ústavu makromolekulární chemie, Katedry fyziky Univerzity J. E. Purkyně v Ústí nad Labem a Katedry fyziky nízkých teplot Univerzity Karlovy. Chemické a fyzikální vlastnosti PAMCAS dendrimerů, spolu s jejich laditelností a možností následné periferní funkcionalizace, z nich dělají vhodné kandidáty pro mnoho nanotechnologických aplikací, např. jako nanoterapeutické formulace, inovativní funkční materiály nebo modely pro studium interakcí a multivalentních efektů.

• Edr A., Konhefr M., Krupková A., Červenková Šťastná L., Bernášková J., Kočková O., Vlčková V., Walterová Z., Kanizsová L., Lang J., Žváček J., Malý M., Strašák T.: ACS Polym. Au 2026, 6(1), 454–467. doi.org/10.1021/acspolymersau.5c00171