Аннотация результатов, полученных в 2024 году
1. Необходимость в получении полимеров ряда ПДАА [1-3] с небольшой степенью полимеризации (молекулярной массой, ММ) связана с интересом к антимикробным свойствам низкомолекулярных полимеров ПДАА и их токсичности, а также к влиянию концевых групп на эти свойства. Для получения таких полимеров использовали методологию свободно-радикальной полимеризации в избытке инициатора, разработанную в проекте прошлого года. Были синтезированы образцы ПДААТФА небольшой ММ (с персульфатом аммония, ПСА, Табл. 1, публикация в рамках проекта РНФ [5]). В исследованиях ЯМР 1Н, 13С и ИК-Фурье спектроскопии показано, что в условиях избытка инициатора, характерные реакции эффективной передачей цепи на мономер (Схема 1, [1-3]) в значительной степени кинетически подавляются взаимодействиями макрорадикалов с первичными радикалами инициатора ПСА. Соответственно, относительное количество характерных концевых винильных групп уменьшается, а преобладающими становятся концевые группы, образованные в результате обрыва макрорадикалов первичными радикалами инициатора [5] (Рис. 1). Аналогичный механизм протекания полимеризации в случае избытка инициатора при полимеризации ДААТФА с АЦПК и ДАМАТФА с ПСА, свидетельствующий о образовании преимущественно концевых групп в результате обрыва макрорадикалов первичными радикалами инициатора, подтверждается данными спектров ЯМР 1H и ИК-Фурье образцов Р5 и Р6, полученных с АЦПК при 70C (Рис. 2 и 3, Табл. 1) и образцов Р7 и Р8, полученных с ПСА при 50C (Рис. 4, Табл. 1). В результате исследований: -Получены новые полимеры ПДАА с небольшой ММ. -Использованный в работе подход, учитывающий эффективный перенос цепи на мономер, характерный для полимеризации протонированных диаллиламмониевых мономеров, позволяет получать свободно-радикальной полимеризацией в присутствии различных инициаторов образцы протонированных диаллиламмониевых полимеров ПДАА с низкой молекулярной массой до 12000 г/моль. -На основании данных ЯМР и ИК-спектроскопии, можно сделать вывод, что с увеличением концентрации инициатора и, соответственно, уменьшением ММ полимеров относительное количество концевых винильных групп уменьшается, а превалирующими становятся концевые группы, образованные взаимодействием макрорадикалов с первичными радикалами инициатора. 2. Работы второго года проекта были сфокусированы на исследовании влияния концевых групп полимеров с небольшой ММ на антимикробную активность (и токсичность), а также влиянии N-замещения на активность (токсичность) полимеров. Интерес к свойствам активности и токсичности низкомолекулярных полимеров связан с предполагаемой возможностью их применения в качестве антимикробных агентов для новых трансдермальных средств. Исследования антимикробных свойств полимеров проводили на стандартных штаммах бактерий Pseudomonas aeruginosa и Staphylococcus aureus, (методология исследований представлена в публикации [7] по проекту). Результаты представлены в таблице 2. Из представленных в таблице 2 данных следует, что полимеры с небольшими ММ сохраняют достаточно высокую биоцидную активность. Результаты по активности образцов с небольшой ММ показывают зависимость от природы концевой группы (Табл. 2). Это выявляется при сравнении МБК образцов P2 и P4 с концевой сульфидной группой с образцами P5 и P6 и полимера Р9 в отношении St. aureus. Наиболее сильное влияние на бактерицидную эффективность оказала полярная и липофильная дитиокарбонильная концевая группа полимера Р9, значительно усилив его бактерицидное действие (и токсическое тоже, как показано ниже) (диаграммы на Рис.5). Большая эффективность по отношению к грамположительному St. aureus, чем к грамотрицательной P. aeruginosa наблюдалась и ранее. Отмечено, что в целом грамотрицательные микроорганизмы проявляют более сильную устойчивость к антисептикам и дезинфицирующим средствам, чем грамположительные (за исключением грамположительных микобактерий) [16]. Это связано, прежде всего, со структурой клеточных стенок этих бактерий [17]. Полимеры ПДАМАТФА (образцы Р7 и Р8) с N-Me заместителем в пирролидиниевом кольце оказались менее активны, в частности относительно St. аureus (Табл. 2). 3. Были исследованы токсические эффекты полидиаллиламинов ПДААТФА с небольшой ММ и различными концевыми группами (Табл. 3). Зависимость токсичности от ММ (увеличение с увеличением ММ как показано в проекте прошлого года, Табл.4) сохраняется для полимеров средней и низкой MМ. Однако сравнение образцов с разными концевыми группами и близкими значениями ММ (P4 и P5) или с близкими значениями ЦТД50, но разными MМ и концевыми группами (P4 и P6) позволяет нам заключить, что сульфатные концевые группы -O-S(=O)2-O способствуют немного большей токсичности полимера по сравнению с концевой группой, образованной радикалом -С((СN)(CH3))-(CH2)2-COOH цианопентановой кислоты. Полимеры ПДАМАТФА (образцы Р7 и Р8) с N-Me заместителем в пирролидиниевом кольце проявили большую токсичность (Табл. 3). Неожиданной оказалась высокая токсичность полимера RAFT-PDAATFA, образец Р9 с низкой ММ 8х10^3 г/моль, сравнимая с токсичностью образцов P0 и P1. Влияние дитиокарбонильной группы на токсичность ПДААТФА оказалось более значительным, чем на антимикробную активность (см. Табл. 2 и Рис. 5). Таким образом, в случае полимера с низкой ММ полярная липофильная группа оказывает сильное цитотоксическое действие на эукариотические клетки. Более высокая токсичность относительно злокачественных клеток человека, чем для нетрансформированных клеток почек мартышки (Табл. 3) была ожидаема, поскольку активность поликатионов по отношению к раковым клеткам хорошо известна. Таким образом, значения цитотоксичности полимеров, полученные на клеточной линии MA-104, кажутся более адекватными. 4. Обобщая результаты по антимикробной активности и цитотоксичности синтезированных полимеров ряда ПДАА с ММ в диапазоне (120-8)х10^3 г/моль, можно выделить две области значений MМ, в которых биоцидная активность полимеров (в частности, относительно S. aureus) намного выше (МБК ниже на порядок и даже более, чем СТД50) или немного выше их токсичности (селективность около 1.2) (Табл. 4). Это полимеры с достаточно большой ММ (более 50х10^3 г/моль) и образцы с небольшой ММ (ниже 20х10^3 г/моль и ниже). К ним относится ПДААТФА, ММ 18х10^3 г/моль, с концевой сульфатной группой и, как можно предположить, аналогичные полимеры с меньшей ММ. Для снижения цитотоксического действия таких полимеров следует использовать низкую ингибирующую концентрацию с тем, чтобы достичь эффекта полной гибели бактериальных клеток в течение более длительного периода времени воздействия (два-три дня). Полимеры с ММ более 50х10^3 г/моль могут быть использованы сегодня в лечебных учреждениях для дезинфекции помещений и медицинского оборудования. Полимеры ПДААТФА с низкой ММ (ниже 20х10^3 г/моль) представляются перспективными для создания новых антимикробных трансдермальных средств.