spektroskopia epr w badaniu nanoleków

40
Spektroskopia EPR w badaniu nanoleków Ryszard Krzyminiewski 1,2 , Bernadeta Dobosz 1,2 , Joanna Kurczewska 3 , Grzegorz Schroeder 3 , Magdalena Hałupka- Bryl 2 , Magdalena Bednarowicz 2 , Tomasz Kubiak 1 1 Zakład Fizyki Medycznej, Wydział Fizyki UAM, Umultowska 85, 61-614 Poznań, 2 Centrum NanoBioMedyczne, Umultowska 85, 61-614 Poznań, 3 Zakład Chemii Supramolekularnej, Wydział Chemii UAM, Umultowska 89B, 61-614 Poznań,

Upload: trina

Post on 13-Jan-2016

61 views

Category:

Documents


0 download

DESCRIPTION

Spektroskopia EPR w badaniu nanoleków. Ryszard Krzyminiewski 1,2 , Bernadeta Dobosz 1,2 , Joanna Kurczewska 3 , Grzegorz Schroeder 3 , Magdalena Hałupka-Bryl 2 , Magdalena Bednarowicz 2 , Tomasz Kubiak 1 1 Zakład Fizyki Medycznej, Wydział Fizyki UAM, Umultowska 85, 61-614 Poznań, - PowerPoint PPT Presentation

TRANSCRIPT

Page 1: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków

Spektroskopia EPR w badaniu nanoleków

Ryszard Krzyminiewski1,2, Bernadeta Dobosz1,2, Joanna Kurczewska3, Grzegorz Schroeder3, Magdalena Hałupka-Bryl2,

Magdalena Bednarowicz2, Tomasz Kubiak1

1Zakład Fizyki Medycznej, Wydział Fizyki UAM, Umultowska 85, 61-614 Poznań, 2Centrum NanoBioMedyczne, Umultowska 85, 61-614 Poznań,

3Zakład Chemii Supramolekularnej, Wydział Chemii UAM, Umultowska 89B, 61-614 Poznań,

Page 2: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków

Electron Paramagnetic Resonance (EPR) Spectroscopy

Warunek rezonansowy

hν=gμBB

Page 3: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków

EPR – the nuclear hyperfine interaction

- Oddziaływania nadsubtelne: oddziaływanie spinowego momentu magnetycznego elektronu ze spinowym momentem magnetycznym jądra.

- Wpływ na parametry widma mają oddziaływania dipolowe i wymienne

Znacznik spinowy

Page 4: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków

Czas korelacji τ informuje o dynamice

molekuł w danym środowisku, ich

rotacji itd

ΔH(0) szerokość linii centralnej a I(+1), I(0) i

I(-1) to amplitudy linii niskopolowej,

centralnej i wysokopolowej

EPR – correlation time and the spectrum of the radical NO.

10-12 s

10-11 s

10-10 s

10-8 s

10-9 s

Page 5: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków

EPR X-band

L-band

Page 6: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków

Materiały

Rheumatoid arthritis (RA):-chronic, systemic inflammatory disorder, affecting the joints, causing pain and stiffness, leading to destruction of the articular cartilage.-characterized by development of a pannus tissue-free radicals/reactive oxygen species (ROS) play an important role in RA inflammation.

CHRONIC INFLAMMATION

ROS scavenging activity plays an importnant role

in suppresing inflammation caused by

oxidative stressArthritis

Reactive Oxygen Species

Reactive Oxygen Species (ROS): chemically reactive molecules containing oxygen causing oxidative demage.

oxid

ative

str

ess

higher risk of systemic diseases e.g. Alzheimer, cancer, atherosclerosis

and…

…they play important role in chronic inflammation

pathogenesis

Page 7: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków

Materiały

ROS Scavenger

Antioxidant for excess generation of ROS

TEMPO( 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl)

Low molecular ROS scavengers are easily eliminated from the system resulting in poor therapeutic effect.

N

O

Polyion Complex (PIC) Redox Flower Micelle

TEMPO(ROS scavanger)

polyion core(nanoreservoir

for drugs)

PMNT-PEG-PMNT triblock copolymer

hydrophobic hydrophilic hydrophobic

HS

O OS

H

HN

NO

HN

NO

m n m

N N N NN N N N

MATERIAL

PEG: poly(ethylene glycol)

PMNT: poly[p-4-(2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine-1-oxyl)aminomethylstyrene

injectable fluid which exhibis in situ gel formation

N N N NN N N N N N N N

N N N N

Injctable PIC hydrogel

protonated

pH

unprotonated

pH

+ + + + + + + +

the novel redox flower micelle developed by utilizing the pH-responsive character of PMNT-PEG-PMNT triblock c

opolymer

COO- COO-COO-COO-

electrostatic interactions

protonatedpH

unprotonatedpH

+

+

+

+

+

+

+

+ + +

+

+

++

+

_

_

_

__

_ _self- assembley disassembley

and gelation in 37 ℃ and 150mM ionic strenght

flower micelle solution PIC hydrogel

eeasy asy to to operaoperatete

bbiocompatibiliocompatibil

pprolongrolonginging duration of ROS scaven duration of ROS scavengersgers

llocal controllocal controlling ofing of drug release drug release

Advantages:0

2

4

6

8

10

12

14

0 50 100 150 200

micelle 1 day

micelle over 30 days

hydrophilic PEG shell(prevents aggregation, biocompatible)

Page 8: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków

chloroform

DMF

H2O

dry polymer TEMPO crystal

micelles

150K 280K

Page 9: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków

Linear transformation methodThe shape of the signal can be described by:

- a function describing the shape and width of particular spectral lines, e.g. Gauss

- a function describing positions and intensities of particular components of the signal

The Fourier Transform of F(x)

Determination of the function (x)

F x K x x x dx( ) ( ) ( )

K x x( )

( )x

dxiyxxFyF exp)(2)(~ 2/1

dyixyyKyF

x )exp()(~)(~

)2()( 2/1

Page 10: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków
Page 11: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków
Page 12: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków

Fig. PMNT-PEG-PMNT in H2O, DMF and chloroform (5mg/mL) peak-to-peak line width (ΔHpp) versus temperature [K]

g – Factor Hp [mT] DMF 2,0054 333,9water 2,0055 332,7chloroform 2,0058 333,0

Page 13: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków

Materiały

Page 14: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków

Materiały

Scheme 1. Schematic representation of the magnetic nanocarrier studied

Page 15: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków

Materiały

Schemat syntezy nanocząstek magnetytu pokrytych chitozanem i znakowanych TEMPO z dołaczonym antybiotykiem

Page 16: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków

Materiały

Mikrofotografie TEM A,20nm, B50nm, C10nm magnetycznych nanocząstek

Page 17: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków

Widma EPR znakowanych TEMPO nanocząstek magnetytu z dopaminą

Page 18: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków

Fig. 4. Changes of resonance field (Hr) versus temperature for investigated sample with (FC) and without field cooling ( ZFC).

Fig. 6. Changes of g-factor value versus temperature for investigated sample with (FC) and without field cooling (ZFC).

Zmiany parametrów widm EPR w funkcji temperatury i tzw. FC i ZFC

Page 19: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków

Widma EPR magnetytu pokrytego chitozanem i znakowanego TEMPO , temperatura 120K rejestracja ZFC i FC , badania orientacji w polu magnetycznym

Centralny fragment widma EPR 254K i 132K.

Page 20: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków

Zależności temperatorowe nanocząstek magnetytu parametrów EPR:szerokości linii, intensywności i wsp. g *linia szeroka od rdzenia

Page 21: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków

Fig. 5. The temperature dependences of fast rotation correlation times of nitroxidespin probe for the orientations 0 and 90.

Czasy korelacji

Page 22: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków

Tomografia EPR

Page 23: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków
Page 24: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków
Page 25: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków
Page 26: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków
Page 27: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków
Page 28: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków

Wolne rodnikiWolne rodniki

Page 29: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków

Wolne rodnikiWolne rodniki

Page 30: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków

Wolne rodnikiWolne rodniki

Page 31: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków

Wolne rodnikiWolne rodniki

Dyfuzja w ciągu 3 godzinDyfuzja w ciągu 3 godzin

Page 32: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków

Współczynniki dyfuzji nanocząstek w hydrożelu

Page 33: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków

Dziękuję za uwagę

Page 34: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków
Page 35: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków
Page 36: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków
Page 37: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków

Nie mam żadnych wykresów Hałupki

Page 38: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków

Materiały

AVAILABLE TREATMENTS

first-line drugs to reduce inflammation

and pain:NSAIDs

GC

second-line drugs to prevent

joints destruction:

DMARDs

Dexamethasone - DEX, a member of the GC class of steroid inflammatory and immunosuppressing drug

Prednisolone - PRD, a synthetic glucocorticoid, a derivative of cortisol, which is used to treat a variety of inflammatory diseases- active metabolite of the drug prednisone

LONG TERM TREATMENT CAUSING MANY SIDE EFFECTS

Current strategies are to design nanosystem for delivery of

therapeutic agents specifically to the site of inflammation, therefore

avoiding potential systemic and off-target unwanted effects.

Page 39: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków

HSO O

SHn

HS-PEG-SH

SO O

Sn

CH=CH2

Cl

・ S-PEG-S ・

SO O

Sn

HH

ClCl

m m

PCMS-PEG-PCMS

NH2N O

(4-amino-TEMPO)

PMNT-PEG-PMNT Triblock Copolymer

. .

PCMS-PEG-PCMS

-radical telomerization of CMS using SH-PEG-SH as telogen – 60 ℃, 24h in oil bath-purification by reprecipitation by 30-fold amount of diethyl ether-freeze-drying with benzene-amination of PCMS-PEG-PCMS with 4-amino TEMPO in DMSO -dialysis against methanol (48h)-evaporation-freeze-drying

AIBNtoluene

PMNT-PEG-PMNT synthesis

Page 40: Spektroskopia EPR  w badaniu nanoleków

Fig. 7. Changes of correlation time (τ) versus temperature for investigated sample with (FC) and without field cooling (ZFC).