Vajon milyen lehet az az anyag, amit a gyógyászatban, a mezőgazdaságban, a „nanopartikulumok világában”, sőt még a szenzoroknál is használnak? Ami ennyi mindenre jó, talán mégsem jó semmire? A következőkben a dendrimerek világába nyújtok egy kis betekintést. Megtudhatjátok mi ez a „csodapolimer” és hogy mi mindenre jó.
A dendrimerek ismétlődően elágazó molekulák. Nevük a görög dendro szóból ered, ami fát jelent, magát a dendrimer szót a „fa részének” fordíthatnánk, mivel ezek a molekulák úgy néznek ki, mint a fa lombkoronája a levelek nélkül. Jellemzően mag körüli szimmetrikus szerkezetet mutatnak, amely gyakran kölcsönöz nekik gömb alakú 3-dimenziós morfológiát. A dendron szóval is gyakran találkozhatunk. Ez általában tartalmaz egy kémiailag „címkézhető” csoportot, amit fókusz pontnak vagy magnak nevezünk.
Felfedezésük
Az első dendrimert 1978-ban Fritz Vögtle és munkatársai állították elő egy „kaszkád vagy nem lánc szerű” szintézissel. Aztán felgyorsultak az események és sorra szintetizáltak újabb és újabb dendrimereket: 1981-ben R.G. Denkewalte, 1983-ban és 1985-ben Donald Tomalia és ugyancsak 1985-ben George R. Newkome. Az 1990-es évek óta népszerűségük csak egyre növekszik, mi sem bizonyítja ezt jobban, hogy még ugyan csak március van, de idén már 167 orvosi vonatkozású publikációt leközöltek a témával kapcsolatban.
Tulajdonságaik
A dendritikus polimerekre szerkezeti tökéletesség jellemző. A dendrimerek és dendronok monodiszperzek és általában nagyon szimmetrikus, gömb alakú vegyületek. A dendritikus molekulák nagyjából két csoportra oszthatók, kis és nagy molekulatömegűekre. Az első csoportba a dendrimerek és a dendronok, utóbbiba a dendronizált polimerek tartoznak. Tulajdonságaikat a molekuláris felszínükön lévő funkcinális csoportjaik határozzák meg. A funkcionális molekulák dendritikus polimerekbe való zárása lehetővé teszi aktív helyük elszigetelését, ezáltal olyan molekulák keletkeznek, amelyek a biomolekulák aktív helyeit utánozzák. Habár a polimerek nem vízoldékonyak, a dendrimeket mégis azzá lehet tenni úgy, hogy a funkcionáló külső héjukra töltött részecskéket vagy más hidrofil csoportokat kötnek. További szabályozható tulajdonságaik is vannak, ilyen a toxicitás, a kristályosság, a tecto-dendrimer képződés és a kiralitás. A dendrimeket generációk szerint is osztályozhatjuk, amely az elágazó ciklusok ismétlődésének számára utal, amelyek a szintézis alatt képződtek. Például ha egy dendrimer konvergens szintézissel készült és az elágazási reakció a központi molekulánháromszor megy végbe, akkor az eredmény egy harmadik generációs dendrimer. Minden egymást követő generáció eredményének molekulatömege durván a kétszerese az előző generáció dendrimerének. Minél magasabb generációjú polimerről beszélünk, annál több külső funcionális csoporttal rendelkezik, amely később megszabja a molekula felhasználási lehetőségeit. Szintézisük háromféleképp történhet. Lehet divergens vagy konvergens metódus szerint, de lehet a „címkéző” (click chemistry) módszerrel.
Felhasználásuk
A több mint ötven dendrimer családnak, a maguk egyéni tulajdonságaival, számos felhasználási területe van. Kezdjük a gyógyászatban használtakkal. Ezek analógok a fehérjékkel, enzimekkel valamint vírusokkal és könnyen funkcionálissá tehetők. Ezek a biomolekulák lehetnek a periférián vagy a dendrimerek belsejében. Használható rákellenes szerek segédanyagaként, így lehet kontrollálni és specifikálni a gyógyszer szállítását a szervezetben, ami igen felkapott téma a nanomedicinában. Különböző stratégiák vannak arra nézve, hogy gyógyszermolekulákat, genetikai anyagokat, célzóhatóanyagokat és festékeket ily módon alkalmazzák, ilyen az enkapszuláció, a komplexáció és a konjugáció. 1982-ben Maciejewski és munkatársai voltak az elsők, akik ezeket a sűrűn elágazó molekulákat „molekuláris konténerekként” hasznosították. A nem szteroid alapú gyulladáscsökkentők klinikai, szájon át (per os) történő alkalmazása korlátolt a gasztrointesztinális és renális mellékhatásaik miatt. A transzdermális gyógyszer adagolás megoldás lehet erre a problémára és magasan tartja a terápia alatt a vérben a gyógyszer szintjét. A bőr barrier funkciója miatt ez az adagolási típus nehezen megoldható, de a dendrimerek ebben is segítségére vannak az orvosoknak. A génterápiában is nagy szerepük lehet. A dendrimer alapú fémkelátok a mágneses rezonancián alapuló képalkotásban kontrasztanyagként szolgálnak, tulajdonságaik rendkívül alkalmasak erre a feladatra. Balzani és munkatársai felfedeztek egy negyedik generációs fluoreszcens poli- (polién amin) dendrimert, amely 30 alifás amino csoportot tartalmaz a felületén, így alkalmas fémionok koordinálására. Utóbbit akkor észlelték, amikor Co2+ ionok hozzáadásával ez a fluoreszcencia elnyomódott. Ezen tulajdonsága miatt szenzorként is jól működik. Kialakítható egy olyan mesterséges „micella” is, amelynek külső és belső csoportjai is hidrofóbok, ezáltal az élő szervezetben gyógyszermolekulák szállíthatók belsejükben. A fotodinamikus terápia (PDT) azon az elven működik, hogy fotoszintézisben szerepet játszó ágenseket aktiválódnak a látható és a közeli infravörös fény hatására. A gerjesztés miatt magas energiájú állapot alakul ki, amely reaktív oxigén gyökök képződéséhez vezet, így végső soron nekrózist vagy apoptózist indukál a rákos sejtekben. Csak az utóbbi pár évben fedeztek fel, olyan a dendrimereket, amelyek PDT anyagokat is tudnak szállítani. Ez javítja a tumor szelektivitást, retenciót és farmakokinetikát. Egyéb alkalmazásként meg kell említenünk, hogy ugyan ilyen „csodapolimereket” használnak a kozmetikai iparban, hogy a víz alapú termékeiket megtisztítsák a szennyező anyagoktól (toxikus fémionoktól és szervetlen oldott anyagoktól). Továbbá ilyet is használnak a nagyon érzékeny analitikai eszközöknél, kontraszt anyagként az MRI-nél, a prion kutatásban és az égési sérülések kezelésénél.
Láthatjuk, hogy alkalmazásuk igen széles spektrumot fed le és adottságaik további lehetőségekkel kecsegtetnek, így nem véletlen kitüntetett szerepük.
Forrás:
en.wikipedia.org
Buhleier E, Wehner W, Vögtle, F”Cascade”- and “Nonskid-Chain-like” Syntheses of Molecular Cavity Topologies. Synthesis. 1978(2): 155-158. doi: 10.1055/s-1978-24702.
Abbasi E, Aval SF, Akbarzadeh A, et al. Dendrimers: synthesis, applications, and properties. Nanoscale Research Letters. 2014;9(1):247. doi:10.1186/1556-276X-9-247.