Effect of newly synthethized hyaluronic acid derivatives and two diblock copolymers on human skin fibroblasts in vitro

Skóra człowieka stanowi naturalną ochronę zarówno przed utratą substancji z jej wnętrza, jak i wnikaniem obcych cząsteczek ze środowiska. Bariera ta utrudnia naskórne podanie leku w postaci wolnej, ponieważ wiele preparatów odżywczych działa jedynie na warstwę rogową naskórka, przez co nie mają one zdolności do przenikania do głębszych warstw. W związku z powyższym nieustannie prowadzone są prace nad transmembranowymi systemami dostarczania substancji, które pokonają naturalną barierę ochronną i umożliwią skuteczne podanie substancji leczniczych. Celem niniejszej pracy było sprawdzenie właściwości biologicznych trzech, nowo zsyntetyzowanych pochodnych kwasu hialuronowego (koniugatów hialuronianu sodu ze sperminą), których potencjalnym przeznaczeniem jest stabilizacja dwuwarstwy lipidowej liposomów oraz dwóch przeciwnie naładowanych kopolimerów blokowych, wchodzących w skład nowo zsyntetyzowanego polimerosomu. Przeprowadzone badania wykazują, że pochodne kwasu hialuronowego (HA-Sp) w stężeniach do 20 µg/ml są dobrze tolerowane przez fibroblasty skóry i nie wykazują żadnych właściwości cytotoksycznych, ani znaczącego wpływu na wzrost komórek. Dodatkowo, nie zaobserwowano znaczącego wpływu HA-Sp na procesy komórkowe takie jak adhezja, migracja i zarastanie rany. Co ciekawe, stwierdzono wpływ HA-Sp na stabilizację błony komórkowej oraz organizację cytoszkieletu HSF, a także hamujący efekt na stymulowany TGF-β1 proces różnicowania fibroblastów w miofibroblasty.Badania przeprowadzone dla syntetycznych kopolimerów blokowych, wykazały, że oba związki mają zupełnie różne działanie na fibroblasty skóry. PMPC-PAMS nie wykazuje właściwości cytotoksycznych, a także nie wpływa na większość procesów komórkowych. W przeciwieństwie PMPC-PMAPTAC powoduje, m.in zmniejszenie adhezji, dezorganizację cytoszkieletu, permeabilizację błony komórkowej, zahamowanie procesu różnicowania fibroblastów w miofibroblasty, co prawdopodobnie wiąże się z jego wysoką cytotoksycznością. Podsumowując, przeprowadzone badania pozwoliły na poznanie właściwości biologicznych nowo zsyntetyzowanych pochodnych kwasu hialuronowego oraz syntetycznych kopolimerów blokowych. Uzyskane wyniki wskazują na konieczność przeprowadzenia dalszych eksperymentów w celu wyjaśnienia mechanizmów działania badanych związków w aspekcie ich potencjalnego, przyszłego wykorzystania w medycynie lub biotechnologii.

Human skin is a natural protection against the loss of substances from its interior, as well as the penetration of foreign particles from the environment. This barrier hinders the dermal drug administration in free form, since many of nutrients influence only the stratum corneum and thus do not have the ability to penetrate into the deeper layers. Accordingly, there are ongoing works on the transmembrane delivery systems for substances which overcome the natural protective barrier and allow to administer the drugs effectively.The aim of this study is to determine the biological effects of three newly synthesized HA derivatives (which are modified with polyamine spermine, Sp) whose potential use is intended to stabilize the lipid bilayer of liposomes and two oppositely charged block copolymers which are the part of the newly synthesized polymersome.The results show that hyaluronic acid derivatives are well tolerated by the skin fibroblasts in concentrations up to 20 µg/ml. At the indicated concentration, hyaluronic acid and its derivatives do not show any cytotoxic properties and also have a similar effect on cell growth. In addition, no significant effects of HA-Sp were observed on skin fibroblast function such as adhesion, migration and wound healing. Interestingly, after HSF treatment with the HA-Sp the cell membrane stability was observed. Additionally, the attenuation of TGF-β1-induced fibroblast to myofibroblast transition was detected.In the case of synthetic block copolymers, two study compounds have quite different effects on skin fibroblasts. PMPC-PAMPS do not show any cytotoxic properties and also do not affect most of the cellular processes. In contrast, PMPC-PMAPTAC is very cytotoxic for HSF and also causes the reduction of adhesion, cytoskeletal disruption, cell membrane permeabilization and attenuates FMT by the inhibition of α-SMA expression.In summary, the studies which have been carried out so far have shown a significant effects of the conjugates of hyaluronic acid with spermine and synthetic diblock copolymers on skin fibroblasts which allowed to gain a partial knowledge of their biological properties. However, the results of this thesis clearly indicate the need to conduct further experiments in order to understand the molecular mechanisms of these observations.