Gracias por visitar nature.com.Está utilizando una versión de navegador con soporte limitado para CSS.Para obtener la mejor experiencia, le recomendamos que utilice un navegador más actualizado (o desactive el modo de compatibilidad en Internet Explorer).Mientras tanto, para garantizar un soporte continuo, mostramos el sitio sin estilos ni JavaScript.Nature Communications volumen 13, número de artículo: 2873 (2022) Citar este artículoLos polímeros vinílicos son objeto de una intensa investigación debido a su facilidad de síntesis y la posibilidad de fabricar materiales funcionales bien definidos.Sin embargo, su no degradabilidad conduce a problemas ambientales y limita su uso en aplicaciones biomédicas, lo que permite que los poliésteres alifáticos aún se consideren como los estándares de oro.La polimerización por apertura de anillo radical de acetales de cetena cíclicos se considera el enfoque más prometedor para impartir degradabilidad a los polímeros de vinilo.Sin embargo, estos materiales aún presentan una degradación hidrolítica deficiente y, por lo tanto, aún no pueden competir con los poliésteres tradicionales.Aquí mostramos que un sistema de copolimerización simple basado en acrilamida y cetenacetales cíclicos conduce a copolímeros bien definidos y citocompatibles con una degradación hidrolítica más rápida que la de poliláctido y poli(láctido-co-glicólido).Además, al cambiar la naturaleza del acetal de ceteno cíclico, los copolímeros pueden ser solubles en agua o pueden exhibir temperaturas de solución críticas superiores sintonizables relevantes para la liberación de fármacos desencadenada por hipertermia leve.Los copolímeros dibloque anfifílicos derivados de este sistema también se pueden formular en nanopartículas termosensibles degradables mediante un proceso de nanoprecipitación con agua.Los polímeros de vinilo son materiales atractivos debido a su facilidad de síntesis y su amplia diversidad en términos de arquitecturas, composiciones y funcionalidades, especialmente desde el advenimiento de la polimerización por radicales de desactivación reversible (RDRP)1,2,3.Sin embargo, no son degradables debido a su columna vertebral de carbono, lo que crea problemas ambientales y limita severamente su uso para aplicaciones biomédicas.Por lo tanto, los poliésteres alifáticos siguen siendo el estándar de oro, especialmente para aplicaciones biomédicas dada su biocompatibilidad y degradabilidad.Sin embargo, la posibilidad de funcionalizarlos fácilmente y ajustar su estructura y composición para obtener materiales avanzados es bastante restringida.En consecuencia, combinar las ventajas de ambas familias de polímeros para producir materiales degradables de última generación sigue siendo una necesidad insatisfecha.En este contexto, se ha realizado un gran esfuerzo para sintetizar polímeros vinílicos degradables4.Uno de los enfoques más potentes se basa en la introducción de grupos éster en el esqueleto del polímero mediante polimerización por apertura de anillo radical (rROP) de acetales de cetena cíclicos (CKA)5,6.Entre ellos, el 2-metilen-1,3-dioxepano (MDO), el 5,6-benzo-2-metilen-1,3-dioxepano (BMDO) o el 2-metilen-4-fenil-1,3-dioxolano (MPDL ) son, con diferencia, los más utilizados7,8.Por ejemplo, la copolimerización de monómeros vinílicos comunes con CKA mediante polimerización por radicales libres convencional o RDRP ha recibido una enorme atención8 para diseñar materiales degradables para aplicaciones en la administración de fármacos9,10,11, tecnologías antibioincrustantes marinas12,13,14, transfección de genes/ADN15, tejido ingeniería16 y otros17,18.Sin embargo, a pesar de las prometedoras pruebas de concepto, la pobre degradación hidrolítica de los copolímeros que contienen CKA en condiciones fisiológicas sigue siendo una limitación importante.De hecho, aunque su degradación hidrolítica en condiciones aceleradas es rápida, su degradación en condiciones fisiológicas suele tardar de varios meses a un año para lograr al menos una disminución del 50% de la masa molar, incluso con metacrilato de éter metílico de oligo(etilenglicol) (OEGMA ) como principal monómero de vinilo19,20,21, lo que puede ser problemático para algunas aplicaciones (biorelacionadas).Por lo tanto, dichos materiales aún no pueden competir con los poliésteres más populares como el poli(ácido láctico-co-glicólico) (PLGA) o incluso el poli(ácido láctico) (PLA).Su degradación enzimática también es muy limitada, ya que solo los copolímeros que contienen unidades MDO similares a policaprolactona (PCL) mostraron una degradación significativa en presencia de enzimas específicas (p. ej., lipasas)21, mientras que el anillo aromático voluminoso y/o la hidrofobicidad demasiado alta de BMDO y MPDL obstruye drásticamente el acceso a las enzimas20,22.Además, para el diseño de materiales con propiedades fisicoquímicas, de autoensamblaje o de respuesta a estímulos avanzadas8, la CKA se suele utilizar al menos como tercer comonómero y con un único objetivo;que confiere degradabilidad.Esto hace que la síntesis sea más compleja y, debido a la alta hidrofobicidad de los CKA y/o las reacciones secundarias durante las polimerizaciones, a menudo tiene un impacto perjudicial en las propiedades buscadas (p. ej., la solubilidad de los copolímeros solubles en agua11, la estabilidad coloidal y la distribución del tamaño de las partículas). de nanopartículas23, respuesta a estímulos de materiales24,25).Por lo tanto, permitir que la CKA combine dos propiedades diferentes sería un avance importante.Todas estas limitaciones son de suma importancia y representan serios obstáculos para el desarrollo de polímeros vinílicos avanzados para aplicaciones biomédicas, como los polímeros vinílicos termosensibles que son muy prometedores para aplicaciones potenciales en bioingeniería y nanomedicina26.Pueden exhibir una temperatura de solución crítica inferior o una temperatura de solución crítica superior (UCST);esta última se considera una característica muy atractiva para la liberación de fármacos desencadenada por hipertermia leve.Sin embargo, no solo los polímeros vinílicos termosensibles degradables han recibido muy poca atención17,22,27,28,29,30,31,32, especialmente los polímeros UCST33,34, sino que todos exhiben una degradación hidrolítica deficiente y la síntesis de polímeros bien definidos, Nunca se han informado copolímeros de vinilo UCST que puedan degradarse en agua.Aquí, informamos sobre un sistema de copolimerización basado en acrilamida (AAm) que elude las limitaciones mencionadas anteriormente asociadas con el rROP de CKA.Permitió la síntesis de copolímeros vinílicos bien definidos y citocompatibles que exhiben: (i) una rápida degradación hidrolítica en agua o PBS, más rápida que la del PLA e incluso PLGA, que no tiene precedentes en el campo de los materiales vinílicos, y (ii) completa solubilidad en agua o un UCST sintonizable y nítido en condiciones prácticamente relevantes para las cuales el CKA es una parte integral del mecanismo de termosensibilidad, lo que simplifica enormemente el sistema (Fig. 1).Para demostrar el gran interés en estos componentes básicos para aplicaciones biomédicas, también sintetizamos copolímeros de dibloque anfifílicos basados ​​en PEG que se formularon en nanopartículas (NP) mediante un proceso de nanoprecipitación de agua debido a su UCST.Por lo tanto, evitó el uso de solventes orgánicos que a menudo son problemáticos para el desarrollo farmacéutico, lo que tampoco tiene precedentes en el campo farmacéutico.Estas nanopartículas exhibieron transiciones tanto UCST como LCST, lo que dio lugar a nanopartículas doblemente termosensibles y degradables.Síntesis de copolímeros bien definidos de poli(acrilamida-cetona cocíclica acetal) (P(AAm-co-CKA)) mediante copolimerización de transferencia de cadena por adición-fragmentación reversible (RAFT, por sus siglas en inglés) entre AAm y CKA, que exhiben niveles críticos superiores ajustables y biológicamente relevantes temperatura de la solución (UCST) y una degradación hidrolítica más rápida que la polilactida (PLA) y el ácido poli(láctico-co-glicólico) (PLGA).El diseño del sistema de copolimerización se basó en una simple analogía estructural con los copolímeros de poli(acrilamida-co-estireno) (P(AAm-co-S)) que se sabe que exhiben una UCST en solución acuosa en el rango de 50 a 62 °C. , debido a enlaces de hidrógeno reversibles entre las cadenas de copolímero por debajo de la UCST y con las moléculas de agua por encima35.Sin embargo, estos copolímeros recibieron poca atención en comparación con sus contrapartes UCST que contienen acrilonitrilo;a saber, copolímeros de poli(acrilamida-co-acrilonitrilo) (P(AAm-co-AN))26,36.No obstante, postulamos que sustituir el estireno con unidades CKA que contienen anillos aromáticos, como MPDL o BMDO, podría ser una ruta directa hacia copolímeros UCST degradables en los que la CKA conferiría degradabilidad y controlaría la termorrespuesta, idealmente en una temperatura mucho más amplia. rango.También se postuló que este sistema de copolimerización sería compatible con RDRP para dar acceso a arquitecturas bien definidas y que estas serían más propensas a la degradación hidrolítica que cualquier otro copolímero de vinilo que contenga CKA sintetizado hasta ahora dada la muy alta solubilidad en agua de Restos de AAm que promoverían la solvatación eficiente de los grupos éster (Fig. 2).Copolimerización mediada por RAFT entre acrilamida (AAm) y cetenacetales cíclicos (CKA), como 2-metileno-4-fenil-1,3-dioxolano (MPDL), 5,6-benzo-2-metileno-1,3- dioxepano (BMDO) y 2-metileno-1,3-dioxepano (MDO).Para determinar la CKA con anillo aromático más adecuada para conferir degradabilidad y gobernar la termosensibilidad, se realizaron las primeras copolimerizaciones con MPDL debido a su estructura de radicales abiertos muy cercana a la del estireno.Los copolímeros P(AAm-co-MPDL) (P0–P4, Tabla 1) se obtuvieron mediante copolimerización mediada por RAFT de AAm y fracciones molares iniciales variables de MPDL (fMPDL,0 = 0–0,8) a 8 M en dimetilsulfóxido anhidro (DMSO) durante 16 h usando ácido 4-ciano-4-[(dodecilsulfaniltiocarbonil)sulfanil]pentanoico (CDSPA) como agente de transferencia de cadena (CTA) y azobisisobutironitrilo (AIBN) como iniciador.Se obtuvieron altas conversiones de monómeros y los copolímeros exhibieron pesos moleculares en el rango de 8,3 a 28,3 kg mol-1 con dispersancias en su mayoría bajas (Đ = 1,2 a 1,3) (Fig. 3a, c).Mediante resonancia magnética nuclear (RMN) de 1H, se demostró que la fracción molar de MPDL en el copolímero (FMPDL) varió de 0,038 a 0,108 con un 46% de unidades de MPDL abiertas en promedio (Fig. 3b).Además, cuanto más MPDL haya en la alimentación de comonómero, menor será el peso molecular, como se vio anteriormente con otros pares de CKA/monómero de vinilo23,37,38.un gráfico cinético de conversión frente a tiempo de la copolimerización RAFT de AAm con MPDL (Tabla 1, P0–P4) en DMSO anhidro iniciado por AIBN a 70 °C.Conversión = conversión de AAm determinada por RMN 1H;b Espectro de RMN de 1H (300 MHz, DMSO-d6) en la región de 0–9 ppm de copolímeros de P(AAm-co-MPDL) P0–P4 (Tabla 1);c evolución de los cromatogramas SEC de los copolímeros P0–P4 de P(AAm-co-MPDL) en función de FMPDL;d variación de la transmitancia de la solución frente a la temperatura de la solución de copolímeros P(AAm-co-MPDL) P2–P4 en agua a 10 mg mL−1 (1 °C min−1, líneas sólidas y punteadas para enfriamiento y calentamiento, respectivamente) ;Evolución de los cromatogramas SEC en un momento diferente durante la degradación hidrolítica en condiciones aceleradas (5% en peso de KOH) del copolímero P4 de P(AAm-co-MPDL).A continuación, se probó la solubilidad de los diferentes copolímeros en agua (10 mg mL−1) mediante mediciones de transmitancia realizadas entre 5 y 50 °C (Fig. 3d).Mientras que PAAm (P0) y P(AAm-co-MPDL) con FMPLDL = 0,038 (P1) eran completamente solubles en agua independientemente de la temperatura, los copolímeros con mayores cantidades de MPDL (P2–P4) mostraron una transición marcada de tipo UCST al enfriarse.Además, la variación de FMPDL de 0,043 a 0,108 permitió un ajuste fino de la termosensibilidad, como se muestra en el aumento del punto de enturbiamiento (Tcp) de 15 a 38 °C (Fig. 1 complementaria).Los copolímeros de P(AAm-co-MPDL), P2 y P3 dieron una UCST al enfriarse pero no al calentarse debido a la formación de agregados estables.Sin embargo, se observó una transición reversible para el copolímero con el mayor contenido de MPDL (P4), que dio el mismo punto de enturbiamiento cerca de la temperatura corporal (Tcp = 38 °C) cada vez.La degradación de los copolímeros de P(AAm-co-MPDL) se realizó luego en condiciones aceleradas (es decir, hidróxido de potasio (KOH) acuoso al 5 % en peso para investigar la presencia de grupos éster abiertos. Mientras que el copolímero de P(AAm-co-MPDL) P1 mostró un Mn casi constante después de la degradación debido a su cantidad demasiado baja de unidades MPDL abiertas, los copolímeros P (AAm-co-MPDL) P2-P4 llevaron a una disminución en Mn hasta -31% como lo muestra la cromatografía de exclusión por tamaño (SEC) (Fig. 3e y Fig. 2 complementaria). Aunque significativa, esta degradación parecía menor de lo esperado de acuerdo con los valores teóricos de Mn después de la degradación (Mn, grados teóricos, Tabla 1). Esto puede explicarse no solo por la limitación cantidad de MPDL insertada en el copolímero debido a la propensión de los CKA a difícilmente copolimerizar con la mayoría de los monómeros acrílicos, pero también por la fracción significativa de unidades de MPDL retenidas en el anillo.Para confirmar el papel clave del anillo aromático de CKA en el establecimiento de la UCST y, por lo tanto, la relevancia de la analogía estructural entre los copolímeros P(AAm-co-MPDL) y P(AAm-co-S), sintetizamos copolímeros similares con MDO como CKA (Tabla 1, P5-P8, Figs. 3 y 4 complementarias).Se obtuvieron características macromoleculares comparables a pesar de aumentar la dispersión al aumentar la fracción molar MDO inicial (Mn, exp = 14–53.4 kg mol−1, Đ = 1.7–4.4, Fig. 5 complementaria).Los copolímeros se degradaron con éxito en condiciones aceleradas con una disminución de hasta el 88 % en Mn (Fig. 6 complementaria).Sin embargo, ninguno de los copolímeros de P(AAm-co-MDO) mostró una UCST a pesar de una amplia gama de composiciones (FMDO = 0,095–0,44) probadas.De hecho, todos los copolímeros eran solubles en agua en el rango de temperatura de 0 a 100 ° C, excepto el que tenía el contenido más alto de MDO (P8), que era insoluble en agua (Fig. 7 complementaria).Cabe señalar que aún se pueden obtener copolímeros de P(AAm-co-MDO) termosensibles, pero mediante un proceso de polimerización por radicales libres que produce estructuras mal definidas que comprenden ramas de PMDO que fueron responsables de la termosensibilidad, pero impidieron la solubilidad completa en agua de los copolímeros, cuya degradación no ha sido demostrada33.Estos resultados confirmaron nuestra hipótesis, ya que mostraron que una simple copolimerización mediada por RAFT entre AAm y un CKA que contiene un anillo aromático, como MPDL, permitió la síntesis directa de copolímeros de vinilo UCST degradables y bien definidos debido a la presencia de donantes de enlaces de hidrógeno ( grupo NH de la amida primaria en unidades AAm) y aceptores (centro de los anillos fenilo en unidades MPDL)39.A continuación, se copolimerizó AAm con BMDO como un segundo CKA que contiene un anillo aromático en condiciones similares para: (i) evaluar la viabilidad de copolímeros de P(AAm-co-BMDO) bien definidos, degradables y UCST y (ii) determinar la mejor sistema de copolimerización antes de futuras investigaciones fisicoquímicas y biorelacionadas.Más allá de las posibles diferencias en términos de inserción de CKA y cantidad de unidades de anillo abierto entre MPDL y BMDO, también sospechamos que la diferencia en la posición del anillo aromático entre esos dos monómeros puede afectar el establecimiento de enlaces de hidrógeno y, por lo tanto, la termosensibilidad.Los copolímeros P(AAm-co-BMDO) (P9–P17, Tabla 2) se obtuvieron a 0,8 M en DMSO anhidro, ya que las copolimerizaciones realizadas entre 2 y 8 M dieron soluciones demasiado viscosas en <1 h y mayores proporciones de BMDO cerrado (Suplementario Tabla 1 y figuras complementarias 8 y 9).Al variar fBMDO,0 de 0 a 0,55, las conversiones de monómero después de 16 h estaban en el rango de 96 a 67 %, y cuanto más BMDO había en la alimentación, menor era la conversión (Fig. 4a).Los pesos moleculares de los copolímeros oscilaron entre 18,6 y 6,1 kg mol−1 con dispersancias bastante bajas (Đ = 1,2–1,5) (Fig. 4c).También se realizó la cinética de copolimerización completa para P13 mediante la extracción de muestras a intervalos regulares para garantizar el crecimiento lineal del copolímero con conversión (Fig. 10 complementaria).Sorprendentemente, se demostró mediante 1H NMR que no solo se podían introducir mayores contenidos en BMDO en comparación con MPDL con proporciones de alimentación similares (por ejemplo, fBMDO,0 = 0,50 y fMPDL,0 = 0,80 llevaron a FCKA relativamente cercano de 0,102 y 0,108 , respectivamente), pero el porcentaje promedio de unidades de BMDO con anillo abierto fue mucho mayor que con MPDL (89 vs. 46%, respectivamente), lo que sugiere una mayor susceptibilidad a la hidrólisis (Fig. 4b).Dado este fuerte beneficio, decidimos seleccionar el sistema de copolimerización AAm/BMDO para una evaluación adicional.Se determinó que las relaciones de reactividad de AAm/BMDO eran rAAm = 13,02 y rBMDO = 0,23, utilizando el método de mínimos cuadrados no lineales (Figura complementaria 11)40,41.Estos valores son bastante similares a los informados para la copolimerización de BMDO con N-isopropilacrilamida (NIPAAm) (rNIPAAm = 7,31 y rBMDO = 0,11 a 120 °C)42.un gráfico cinético de conversión frente al tiempo de la polimerización RAFT de AAm con BMDO en DMSO anhidro iniciada por AIBN a 70 °C.Conversión = conversión de AAm determinada por RMN 1H;b Espectro de 1H RMN (300 MHz, DMSO-d6) en la región de 0–9 ppm de los copolímeros P(AAm-co-BMDO) P9–P17 (Tabla 2);c evolución de los cromatogramas SEC de los copolímeros P(AAm-co-BMDO) P9–P17 en función de FBMDO;d variación de la transmitancia de la solución frente a la temperatura de la solución de copolímeros P(AAm-co-BMDO) P13–P17 en agua a 10 mg mL−1 (1 °C min−1, líneas sólidas y punteadas para enfriamiento y calentamiento, respectivamente) ;e variación del diámetro promedio de intensidad (Dz) de DLS vs. temperatura de la solución de copolímeros P(AAm-co-BMDO) P13–P17 en agua (10 mg mL−1) al enfriar (1 °C min−1);f evolución de Tcp medida por UV al calentar en función de FBMDO para los copolímeros P13–P17 (la línea azul discontinua es una regresión lineal solo como guía para los ojos).Como era de esperar, los copolímeros P (AAm-co-BMDO) también exhibieron transiciones UCST bruscas tanto al enfriar como al calentar, siempre que contuvieran suficiente BMDO (Fig. 4d).De hecho, PAAm (P9) y P(AAm-co-BMDO) con FBMDO = 0.017–0.068 (P10–P12) fueron completamente solubles en agua en el rango de temperatura de 0–100 °C, mientras que los copolímeros P13–P17 dieron un aumento de Tcp de 25 a 52 ° C con FBMDO (Fig. 12 complementaria).Es importante destacar que esto permitió obtener una gama de UCST adecuada para aplicaciones biomédicas, ya que tanto la temperatura ambiente como la corporal se cubrieron simplemente ajustando el contenido de BMDO en el copolímero.Además, el uso de BMDO en lugar de MPDL permitió obtener UCST completamente reversible con histéresis mínima entre enfriamiento y calentamiento para todos los copolímeros termosensibles (Fig. 4d).También permitió un aumento bastante lineal de Tcp con FBMDO y un rango mucho más amplio de Tcp para cubrir un rango más estrecho de contenido de CKA (ΔTcp = 27 °C para ΔFBMDO = 0,035 frente a ΔTcp = 23 °C para ΔFMPDL = 0,065) (Figura 4f).El último punto muestra que el ajuste fino de la Tcp no es a expensas de fuertes variaciones en la composición del copolímero y su degradación esperada.A modo de comparación, los copolímeros de vinilo P(AAm-co-S) no degradables exhibieron un comportamiento UCST en un rango mucho más estrecho de temperatura y composición del copolímero (ΔTcp = 12 °C para ΔFS = 0,02)35.La dispersión de luz dinámica (DLS) se usó para monitorear los cambios en el diámetro promedio de intensidad (Dz) de los copolímeros termosensibles en agua al enfriar y calentar, y representó los valores de Tcp en excelente acuerdo con los obtenidos por mediciones de transmitancia (Fig. 4e y Fig. Suplementaria . 13).Por encima de la UCST, los copolímeros eran completamente solubles y se caracterizaban por un Dz promedio de ~10 nm mientras que, al enfriarse, el Dz promedio aumentó abruptamente a ~2–5 µm, lo que demuestra la formación de agregados.La formación de tales agregados también se controló mediante microscopía óptica (Fig. 14 complementaria).Para obtener más información sobre el comportamiento UCST de este sistema de copolimerización, también se investigó la dependencia del punto de enturbiamiento del peso molecular para un valor fijo de fBMDO,0 y de la concentración de copolímero.Primero se realizaron copolimerizaciones adicionales con fBMDO, 0 = 0.4 apuntando a grados promedio de polimerización, DPn, th, de 400 y 600 (P18 y P19, respectivamente, Tabla complementaria 2) para compararlos con P13 (DPn, th = 200).Cuanto mayor sea DPn, th, mayor será el peso molecular (Mn, exp = 7,6–10,2 kg mol−1, Đ = 1,4–1,8), pero menor será la conversión y el contenido de BMDO (Fig. 5a y Fig. 15 complementaria) .Estos resultados están en línea con las relaciones de reactividad desfavorables que dan los copolímeros de tipo gradiente que dan como resultado un enriquecimiento gradual en CKA a lo largo de la cadena del copolímero.Por lo tanto, cuando la conversión es menor, también lo es el contenido de BMDO.Esto tiene consecuencias directas en la UCST de los copolímeros, ya que el Tcp se desplazó hacia temperaturas más bajas (de ~23 a ~12 °C medido por transmitancia y DLS), como resultado de secuencias de AAm más largas que promueven las interacciones polímero-agua (Fig. 5b y c).a Evolución de los cromatogramas SEC de los copolímeros P(AAm-co-BMDO) con el grado de polimerización medio objetivo (DPn, th);b variación de la transmitancia de la solución frente a la temperatura de la solución de copolímeros de P(AAm-co-BMDO) P13 y P18–P19 en agua a 10 mg mL−1 al enfriar (1 °C min−1);c Variación del diámetro promedio de intensidad (Dz) de DLS vs. temperatura de los copolímeros P(AAm-co-BMDO) P13 y P18–P19 en solución en agua (10 mg mL−1) al enfriar (1 °C min−1 ) durante los ciclos de temperatura;d variación de la transmitancia de la solución frente a la temperatura de P(AAm-co-BMDO) P13 a diferentes concentraciones en agua, es decir, 1, 2,5, 5 y 10 mg mL−1 al enfriar (1 °C min−1).Luego se estudió la dependencia de la UCST de la concentración de copolímero midiendo la Tcp de soluciones acuosas de P(AAm-co-BMDO) P13 a diferentes concentraciones que van desde 1 a 10 mg mL−1 (Fig. 5d).Similar a los copolímeros UCST basados ​​en AAm no degradables35,43,44, el Tcp disminuyó gradualmente con la dilución del copolímero (de 25 °C a 10 mg mL−1 a 20 °C a 2,5 mg mL−1), hasta que el copolímero pierde su UCST a 1 mg mL−1.A una concentración baja de copolímero, las interacciones hidrofóbicas intramoleculares e intermoleculares copolímero-copolímero fueron menos favorecidas en comparación con las interacciones hidrofílicas copolímero-agua, lo que resultó en valores de Tcp más bajos.En general, apuntar a diferentes DPn a un valor fijo de fBMDO,0 y variar la concentración de copolímero también ofreció de forma independiente la posibilidad de ajustar la respuesta térmica de los copolímeros de P(AAm-co-BMDO).A continuación, se evaluó la degradación de los copolímeros de P(AAm-co-BMDO) en tres condiciones diferentes: (i) degradación hidrolítica en condiciones aceleradas (5% en peso de KOH, ta);(ii) degradación hidrolítica en condiciones fisiológicas (PBS, pH 7,4, 37 °C) y (iii) degradación enzimática utilizando lipasas (Candida antartica, PBS, pH 7,4, 37 °C) (Tabla complementaria 3).Debido a sus proporciones más altas en BMDO de anillo abierto que sus contrapartes que contienen MPDL en composiciones similares, la degradación de los copolímeros de P (AAm-co-BMDO) en condiciones aceleradas fue mucho más pronunciada, como lo muestran los cambios significativos de las trazas de SEC hacia menor Mn incluso para copolímeros con bajos contenidos de BMDO (Tabla 2 y Figs. 16 y 17 complementarias).De hecho, 1,7 mol.% BMDO ya condujo a una disminución del 45% en Mn (P10), y se observaron degradaciones muy altas de hasta un 90% de disminución en Mn para valores más altos de FBMDO, con un acuerdo bastante bueno con los valores predichos.La 1H NMR mostró la desaparición casi completa de las características máximas del protón h a 4,9–5,2 ppm en la posición alfa del grupo éster de BMDO, lo que confirma la escisión de los grupos éster (Fig. 18 complementaria).Sorprendentemente, todos los copolímeros de P(AAm-co-BMDO) exhibieron una degradación hidrolítica extremadamente rápida en condiciones fisiológicas, ya fueran totalmente solubles en agua (P10–P12) o termosensibles con una UCST por debajo (P13) o por encima de 37 °C (P17 ).La disminución de Mn, que solo se rigió por el contenido de BMDO, estuvo en el rango de 21 a 58% después de solo 24 h y en el rango de 43 a 67% después de 7 días (Fig. 6a, b).La homogeneidad de los productos de degradación también se demostró mediante los cambios homogéneos de los cromatogramas SEC y la dispersión constante de los productos de degradación con el tiempo, excepto P8, que exhibe la mayor cantidad de MDO (FMDO = 0,44) (Fig. 19 complementaria).No solo estas cinéticas de degradación fueron mucho más rápidas que las de cualquier copolímero de vinilo que contiene CKA informado hasta ahora (consulte la Fig. 20 complementaria para comparar con la literatura), sino que también fueron más rápidas que las de los poliésteres alifáticos tradicionales como PLA e incluso PLGA bajo las mismas condiciones (Fig. 6b y Fig. 21 complementaria), que no tiene precedentes para los copolímeros de vinilo.Teniendo en cuenta que otros copolímeros hidrofílicos que contienen CKA (p. ej., P(OEGMA-co-MPDL), P(GMA-co-BMDO))19,20 exhiben una degradación hidrolítica mucho más lenta en condiciones fisiológicas que las contrapartes de AAm, esto destaca la importancia crucial papel de la AAm en la degradación hidrolítica muy rápida de los copolímeros de P(AAm-co-CKA).Esto probablemente se explica por la hidrofilia muy alta de los restos de AAm que conducen a una absorción de agua óptima y una solvatación eficiente de los grupos éster.Estos resultados representan un logro importante ya que, por primera vez, un sistema de copolimerización permitió eludir la degradación hidrolítica muy lenta en condiciones fisiológicas de los copolímeros de vinilo que contienen CKA y superar la degradación hidrolítica de los poliésteres alifáticos tradicionales.También es interesante notar que la degradación también se llevó a cabo con éxito en agua desionizada (pH ~ 5.5) y resultó en una disminución de Mn de casi el 40% para P17 después de solo 3 días (Fig. 22 complementaria).Esta cinética de degradación rápida también se observó mediante mediciones UV durante cinco ciclos consecutivos de enfriamiento y calentamiento de la solución de copolímero P13 de P (AAm-co-BMDO) en agua realizados durante un período de 7 h (Fig. 23 complementaria).El punto de enturbiamiento medido se vio notablemente afectado desde el primer ciclo hasta el quinto, como lo demuestra una disminución de ~1 a 2 °C después de cada ciclo, probablemente debido a la degradación continua del copolímero.Curiosamente, tal ajuste de la transición UCST durante la degradación es una característica adicional interesante que se ha mostrado en copolímeros de vinilo que contienen enlaces disulfuro30 o tioésteres34, pero nunca antes en polímeros basados ​​en CKA.a Evolución de los cromatogramas SEC en diferentes momentos durante la degradación hidrolítica en PBS (pH 7,4, 37 °C) de copolímeros P(AAm-co-BMDO) (Tabla 2, P9–P13 y P17) en función de FBMDO: (1) P9 (FBMDO = 0, sin Tcp);(2) P10 (FBMDO = 0,017, sin Tcp);(3) P11 (FBMDO = 0,027, sin Tcp);(4) P12 (FBMDO = 0,068, sin Tcp);(5) P13 (FBMDO = 0,093, Tcp = 25 °C) y (6) P17 (FBMDO = 0,128, Tcp = 52 °C).b Evolución de la masa molar promedio en número, Mn, con el tiempo durante la degradación hidrolítica en condiciones fisiológicas (PBS, pH 7.4, T = 37 °C) de: (1) PAAm (P9), P(AAm-co-BMDO) copolímeros P10–P13 y P17 y (2) PLA y PLGA;c evolución del Mn con el tiempo durante la degradación enzimática con lipasas (Candida antartica, PBS, pH 7.4, T = 37 °C) de: (1) PAAm (P9), P(AAm-co-BMDO) copolímeros P13 y P17 y (2) PLA y PLGA.Curiosamente, a pesar de su falta de termosensibilidad, los copolímeros de P(AAm-co-MDO) también exhibieron una rápida degradación hidrolítica en condiciones fisiológicas, sin importar si eran solubles en agua (P6) o insolubles en agua (P8) (Figs. 24 y 25 complementarias) .Su cinética de degradación fue similar a la de los copolímeros de P (AAm-co-BMDO) con una disminución de Mn en el rango de 65 a 75% después de 7 días.Estos resultados, por lo tanto, ampliaron el campo de aplicación del sistema de copolimerización AAm/CKA ya que dependiendo de la naturaleza de la CKA y de su contenido, copolímeros bien definidos solubles en agua, insolubles o UCST con rápida degradación hidrolítica en condiciones fisiológicas/agua puede sintetizarse fácilmente.Los copolímeros de PAAm, P(AAm-co-BMDO) P13 y P17, y los copolímeros de P(AAm-co-MDO) P6 y P8 también se sometieron a degradación enzimática en PBS a 37 °C en presencia de lipasas de Candida antartica, un subclase de esterasas.Si bien el Mn de PAAm se mantuvo constante a lo largo del tiempo, la cinética de degradación de P13 y P17 fue bastante similar a la realizada en condiciones fisiológicas y alcanzó ~ 60% después de 7 días (Fig. 6c y Fig. 26 complementaria).No obstante, sospechábamos que, dada la rápida degradación hidrolítica en PBS de estos copolímeros, era difícil determinar la contribución de las enzimas y que la disminución de Mn en la Fig. 6c reflejaba principalmente la contribución de la degradación hidrolítica.En cuanto a los copolímeros que contienen MDO, P8 se degradó más rápidamente enzimáticamente que hidrolíticamente (especialmente dentro de los primeros 3 días), probablemente debido a su alto contenido de MDO, mientras que se obtuvo la tendencia opuesta para P6 (Figuras complementarias 27 y 28).Reconociendo que es esencial evaluar la seguridad de los materiales desarrollados antes de cualquier uso biofarmacéutico, una pequeña biblioteca de copolímeros solubles en agua o UCST que contienen BMDO con contenido variable de BMDO (P9–P14 y P17, FBMDO = 0–0.128, Tabla 2) y Mn (P13 y P18–P19, Mn, exp = 7,6–10,2 kg mol−1, Tabla complementaria 2) se probó en tres líneas celulares sanas representativas para investigar cualquier efecto citotóxico sobre la base de ensayos de viabilidad celular y morfología celular observaciones (Fig. 7 y Figs. Suplementarias 29-32).Las líneas celulares analizadas fueron: (i) fibroblastos murinos (NIH/3T3), que son una de las líneas celulares de fibroblastos más utilizadas;(ii) células endoteliales de vena umbilical humana (HUVEC), que son altamente sensibles y dan una respuesta rápida a estímulos externos y (iii) macrófagos murinos (J774.A1), que son células monocitarias típicas que juegan un papel importante en la fagocitosis45,46.a Viabilidad celular (ensayo MTT) después de la incubación de: (1) células NIH/3T3;(2) células HUVEC;y (3) células J774.A1 con copolímeros P(AAm-co-BMDO) en función del contenido de BMDO (P9–P14 y P17, Tabla 2) a 0,01 y 0,1 mg mL−1.Los resultados se expresaron como el porcentaje de absorción de las células tratadas (n = 3 para cada condición, las barras de error representan la media ± SD) en comparación con los valores obtenidos de las células de control no tratadas;b imágenes ópticas de células NIH/3T3 (primera columna, a–h), células HUVEC (segunda columna, I–P) y células J774.A1 (tercera columna, Q–X) tomadas por microscopía óptica después del tratamiento durante 72 h con Copolímeros de P(AAm-co-BMDO) (0.1 mg mL−1): Línea 1: células no tratadas;línea 2: P9;línea 3: P10;línea 4: P11;línea 5: P12;línea 6: P13;línea 7: P14;línea 8: P17.Barra de escala = 100 μm.En general, todos los copolímeros probados mostraron viabilidades celulares altas (75-100 %) mediante el ensayo de MTT (bromuro de 3-[4,5-dimetiltiazol-2-il]-2,5 difenil tetrazolio) en las tres líneas celulares a 0,01 y 0,1 mg. mL−1 (Fig. 7a y Fig. 29 complementaria).Además, no se observó una tendencia clara ya que ni la presencia ni la ausencia de una transición UCST, ni el contenido de BMDO, ni el rango de DPn, los probados parecían influir en la viabilidad celular.Además, variar la temperatura de transición en un amplio rango de valores (Tcp = 12–52 °C) tampoco afectó la citotoxicidad.También vale la pena mencionar que el tiempo de incubación de 72 h con células (para permitir al menos dos tiempos de duplicación de células para realizar ensayos de MTT relevantes) combinado con la rápida degradación hidrolítica de los copolímeros, sugiere que ni los copolímeros de partida ni sus productos de degradación fueron tóxico para las células.Este punto es clave ya que representa una indicación importante sobre la biocompatibilidad final de los copolímeros.Las observaciones de la morfología celular después de una incubación de 72 h con los diferentes copolímeros confirmaron los resultados de viabilidad celular, ya que no se observaron pruebas de efectos tóxicos en comparación con las células no tratadas o las células tratadas con PAAm no modificado (Fig. 7b y Figs. 30–32 complementarias).Más información sobre el diseño de la investigación está disponible en el Resumen de informes de investigación de Nature vinculado a este artículo.prog.polim.cienciaquímicaSoc.Nat.químicaquímicapolim.químicapolim.químicapolim.químicaquímicacienciapolim.químicaAplicación ACS.Mate.Ing. Ind.químicaRes.polim.químicapolim.Angew.Química, Int.ed.Angew.Química, Int.ed.polim.químicapolimero coloidecienciaAdv.Entrega de drogaspolim.químicaquímicacomúnJ. Biomédica.Mate.Res.macromol.químicafísicamacromol.Comun rápido.Temperatura.Aplicación ACS.polim.Mate.J. Polym.cienciaquímicaquímicacomúnpolim.químicaJ. Mol.Biol.cienciapolim.J. Polym.cienciaIng. Ind.químicaRes.EUR.J. Pharm.J.Mater.Sci.: Mater.Medicina.J.Mater.Sci.: Mater.Medicina.Angew.químicaEn t.ed.químicacomúnpolim.químicaTambién puede buscar este autor en PubMed Google ScholarTambién puede buscar este autor en PubMed Google ScholarTambién puede buscar este autor en PubMed Google ScholarTambién puede buscar este autor en PubMed Google ScholarTambién puede buscar este autor en PubMed Google ScholarAcceso abierto Este artículo tiene una licencia internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, el intercambio, la adaptación, la distribución y la reproducción en cualquier medio o formato, siempre que se otorgue el crédito correspondiente al autor o autores originales y a la fuente. proporcionar un enlace a la licencia Creative Commons e indicar si se realizaron cambios.Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material.Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la regulación legal o excede el uso permitido, deberá obtener el permiso directamente del titular de los derechos de autor.Cualquier persona con la que compartas el siguiente enlace podrá leer este contenido:Lo sentimos, un enlace para compartir no está disponible actualmente para este artículo.Proporcionado por la iniciativa de intercambio de contenido Springer Nature SharedIt