Sericin-polymer conjugates: Preparation and physicochemical characterization

Abstract

Sericin is a protein derived from silkworm, Bombyx mori, and has several useful properties as a natural biomaterial such as antioxidant character, moisturizing ability, hydrogel forming property and most importantly immunogenic inertness. The aim of this thesis is to prepare and physicochemically characterize sericin-polymer conjugates as potential natural-synthetic hybrid biomaterials with enhanced properties for drug delivery and tissue engineering applications. For this purpose, three polymers having the same degree of polymerization (n~42) and varying chemical nature, i.e. poly(oligoethylene glycol methacrylate), P(OEGMA) hydrophilic and neutral, poly(hydroxyethylmethacrylate) P(HEMA) less hydrophilic and neutral, and poly(dimethylaminoethyl methacrylate) P(DMAEMA) hydrophilic and cationic after quaternization, were first synthesized via reversible addition fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization. Each polymer was characterized via nuclear magnetic resonance (1H-NMR) and gel permeation chromatography (GPC). Separately, molecular weight and isoelectric point of sericin were characterized using various techniques including Sodium Dodecyl Sulfate-Polyacrylamide Gel Electrophoresis (SDS-PAGE) and High-Resolution Two-Dimensional Polyacrylamide Gel Electrophoresis (2D-PAGE). Polymers were then covalently conjugated to sericin using NHS/EDC chemistry. The conjugates were characterized using SDS-PAGE, GPC and DLS (Dynamic Light Scattering). The SDS-PAGE and GPC results showed the successful preparation of the conjugates. DLS revealed that the hydrodynamic size of P(OEGMA) and P(DMAEMA) polymers and their conjugates were between 1 and 10 nm as they are soluble in PBS and do not form aggregates. Unlike the other two polymers, although the size of P(HEMA) polymer was observed to be 3.24 ± 0.62 nm, the DLS measurements of P(HEMA) conjugates indicated the presence of self-organization and aggregation of Sericin-P(HEMA) conjugates in aqeuous solution. Consequently, the size of sericin-P(HEMA) conjugates were found to be 530 ± 60.83 and 223.3 ± 25.2, respectively.Serisin, ipekböceği olan Bombyx mori'den türetilen bir proteindir ve doğal bir biyomalzeme olarak antioksidan karakter, nemlendirme kabiliyeti, hidrojel oluşturma özelliği ve en önemlisi immünojenik inertlik gibi birçok yararlı özelliğe sahiptir. Bu tezin amacı, ilaç taşınımı ve doku mühendisliği uygulamaları için geliştirilmiş özelliklere sahip potansiyel doğal-sentetik hibrid biyomalzemeler olarak serisin-polimer konjugatlarını hazırlamak ve fizikokimyasal olarak karakterize etmektir. Bu amaçla, aynı polimerizasyon derecesine (n ~ 42) ve değişen kimyasal yapıya sahip, yani poli (oligoetilen glikol metakrilat), P(OEGMA) hidrofilik ve nötr, poli (hidroksietilmetakrilat) P(HEMA) daha az hidrofilik ve nötr ve (dimetilaminoetil metakrilat) P(DMAEMA) kuaternize olduktan sonra hidrofilik ve katyonik olan üç polimer, ilk olarak tersinir katılma ayrışma zincir transfer (RAFT) polimerizayonu ile sentezlendi. Her polimer nükleer manyetik rezonans (1H-NMR) ve jel geçirgenlik kromatografisi (GPC) ile karakterize edildi. Ayrı ayrı serisinin molekül ağırlığı ve izoelektrik noktası, Sodyum Dodesil Sülfat-Poliakrilamid Jel Elektroforez (SDS-PAGE) ve Yüksek-Çözünürlüklü İki-Boyutlu Poliakrilamid Jel Elektroforezi (2D-PAGE) olmak üzere çeşitli teknikler kullanılarak karakterize edildi. Polimerler, NHS/EDC kimyası kullanılarak serisine kovalent bağlı olarak konjuge edildi. Konjugatlar, SDS-PAGE, GPC ve DLS (Dinamik Işık Saçılması) kullanılarak karakterize edildi. SDS-PAGE ve GPC sonuçları, konjügatların başarılı bir şekilde hazırlandığını gösterdi. DLS, P(OEGMA) ve P(DMAEMA) polimerlerinin ve bunların konjügatlarının hidrodinamik boyutunun 1-10 nm arasında olduğunu ve bunların PBS'de çözünerek agregatlar oluşturmadığını göstermiştir. Diğer iki polimerden farklı olarak, P(HEMA) polimerinin boyutu 3.24 ± 0.62 nm olarak gözlemlenmesine rağmen, P(HEMA) konjügatlarının DLS ölçümleri, Sericin-P(HEMA) konjügatlarının sulu çözeltide kendiliğinden organizasyonunu ve serisin konjügatlarının çözeltide bir araya toplandığını gösterdi. Sonuç olarak serisin- P(HEMA) konjugatlarının boyutları sırasıyla 530 ± 60.83 ve 223.3 ± 25.2 olarak bulundu.