Glycopolymers containing hydrophobic natural compounds

Abstract

Les glucides interagissent avec les lectines, des protéines liant les sucres, pour médier de nombreuses activités cellulaires telles que l’infection bactérienne, le transfert du signal cellulaire, l’adhésion cellulaire et la croissance. Les glycopolymères sont des polymères contenant des sucres. Ils peuvent se lier à des lectines ou à des surfaces contenant de la lectine et peuvent donc être utilisés pour la séparation et l'élimination des toxines et bactéries contenant des lectines et pour la reconnaissance des cellules cancéreuses. Dans ce travail, trois copolymères contenant du galactose ont été conçus et synthétisés en introduisant d'autres composés biologiques de nature hydrophobe tels que la bétuline et l'acide cholique pour donner des copolymères amphiphiles. La bétuline est un composé naturel triterpénique ayant des activités anticancéreuses et antivirales. Son dérivé méthacrylate a été copolymérisé avec le glycomonomère par polymérisation RAFT pour préparer à la fois des copolymères statistiques et des copolymères séquencés. Leurs auto-assemblages forment des micelles. Les petites micelles formées par les copolymères statistiques ont facilité l'encapsulation du « Nile Red » et ont libéré davantage de ce composé hydrophobe. Ces glycopolymères interagissent avec une lectine se liant au galactose, RCA120, et forment des agrégats. Les copolymères séquencés forment des agrégats plus gros à une vitesse plus rapide que les copolymères statistiques. Les glycopolymères à base de bétuline peuvent servir de supports biocompatibles pour la libération ciblée de médicaments. Des glycopolymères séquencés portant des groupements latéraux de galactose, de dopamine et d'acide cholique (CA) ont été synthétisés par polymérisation RAFT. Ces copolymères se sont auto-assemblés en micelles dans un milieu aqueux. Les groupements de dopamine, situés au niveau du noyau micellaire, ont été auto-polymérisés dans une solution faiblement basique, stabilisant les micelles à la fois dans l’eau et dans les solvants organiques. Les micelles réticulées avaient une taille plus petite que les précurseurs avant la réticulation. L'introduction d'un plus grand nombre de groupes CA dans les copolymères a favorisé l'auto-assemblage pour former des agrégats plus grands, contrôlé le degré de réticulation des micelles et facilité l'encapsulation de composés hydrophobes. Les micelles réticulées principales présentent une libération lente mais soutenue du Nile Red et interagissent efficacement avec RCA120, démontrant ainsi leur application potentielle pour la libération contrôlée de médicaments avec une propriété de ciblage. L’oxydase de glucose (GOx) a une spécificité élevée pour le glucose, mais il peut également oxyder d'autres glucides. Cependant, il n'est jamais testé sur des glycopolymères synthétiques contenant des groupements de sucres. Les glycopolymères avec des groupements latéraux de galactose possédant des espaceurs PEG ont été synthétisés par une combinaison de polymérisations anionique et RAFT. L'oxydation enzymatique de ces glycopolymères par la GOx a été étudiée. Les sites actifs de l'enzyme sont devenus accessibles aux groupes pendants galactose attachés sur une chaîne de polymère via des espaceurs de PEG suffisamment longs. La reconnaissance des glycopolymères par la lectine peut également être facilitée par les espaceurs PEG. Les glycopolymères contenant des unités galactose oxydées ont montré une liaison réduite à la lectine RCA120. C'est la première fois que de tels copolymères sont obtenus par conversion enzymatique.

Carbohydrates interact with sugar-binding proteins, lectins, to mediate many cellular activities such as bacterial infection, cellular signal transfer, cell adhesion and cell growth. Glycopolymers are sugar-containing polymers. They can bind to lectins or lectin-containing surfaces and can thus be used in the separation and removal of lectin-bearing toxins and bacteria and in the recognition of cancer cells. In this work, three galactose-bearing copolymers were designed and synthesized by introducing biological compounds that are hydrophobic in nature, such as betulin and cholic acid to yield amphiphilic copolymers. Betulin is a natural triterpene compound with anticancer and antiviral activities. Its methacrylate derivative was copolymerized with the glycomonomer by RAFT polymerization to prepare both random and block copolymers that self-assemble into micelles. The smaller micelles formed by the random copolymers facilitate the encapsulation of Nile Red and release more of this hydrophobic compound. These glycopolymers interact with a galactose-binding lectin, RCA120, and form aggregates. The block copolymers form larger aggregates at a faster rate than the random copolymers. The betulin-based glycopolymers may serve as biocompatible carriers for targeted release of drugs. Block glycopolymers bearing galactose, dopamine, and cholic acid (CA) pendants were synthesized by RAFT polymerization. These copolymers self-assemble into micelles in water. The dopamine moieties are located at the micellar core and self-polymerize in a weakly basic solution, stabilizing the micelles in both water and organic solvent. The crosslinked micelles are smaller in size than the precursors before crosslinking. Introducing more CA groups into the copolymers promote their self-assembly to form larger aggregates, control the degree of crosslinking of the micelles, and facilitate the encapsulation of hydrophobic compounds. The core-crosslinked micelles display a slow but sustained Nile Red release and interact effectively with RCA120, demonstrating their potential application for the targeted release of drugs. Glucose oxidase (GOx) has a high glucose specificity, but it can also oxidize other carbohydrates. However, it has never been tested on glycopolymers with pendant sugar groups. The glycopolymers with galactose pendants possessing PEG spacers were synthesized by a combination of anionic and RAFT polymerization. The enzymatic oxidation of these glycopolymers by GOx was studied. The active sites of enzyme become accessible to the galactose pendants attached on a polymer chain via PEG spacers that are sufficiently long. Lectin recognition of the glycopolymers can also be facilitated by the PEG spacer. The glycopolymers containing oxidized galactose units show reduced binding to the lectin RCA120. It is the first time such copolymers are obtained via enzymatic conversion.