Effect of poly(allylamine hydrochloride) and its derivatives on human skin fibroblasts in vitro

Poli(chlorowodorek alliloaminy) (PAH) jest słabym polikationem posiadającym liczne zastosowania w medycynie i badaniach biologicznych. Posiada jednak silne właściwości cytotoksyczne; z tego powodu poddaje się go chemicznym modyfikacjom mającym na celu zmniejszenie szkodliwego wpływu tego związku na komórki. Poszukuje się również nowych zastosowań dla PAH i pochodnych związków. W ramach niniejszej pracy magisterskiej realizowano projekt mający na celu określenie biologicznych właściwości nowo syntetyzowanych pochodnych PAH o czwartorzędowych grupach aminowych podstawionych grupami alkilowymi. Sprawdzono wpływ roztworów PAH i pięciu pochodnych związków na ludzkie fibroblasty skóry (HSF). Badane pochodne polimery wykazują znacznie niższą cytotoksyczność niż PAH. Wszystkie analizowane polikationy, stosowane w niskich stężeniach (2 µg/ml), zwiększają wzrost liczby komórek w kolejnych dniach hodowli w porównaniu do kontroli. Użycie wyższych stężeń badanych polimerów skutkuje mniejszym przyrostem liczby hodowanych komórek, a nawet hamowaniem proliferacji.Wykonane testy wskazują, że niemodyfikowany PAH nie wpływa w znaczącym stopniu na permeabilizację błony komórkowej. Jednakże badane związki pochodne skutecznie zwiększają przepuszczalność plazmolemmy. Najsilniejsze działanie mają polikationy podstawione łańcuchem hydrofobowym w ok. 30%. Przeprowadzone doświadczenia wskazują również, że HSF hodowane z dodatkiem badanych polikationów w istotny sposób zmieniają swoje oddziaływanie z podłożem. Wszystkie analizowane substancje zwiększają adhezję komórek, jednak nowo syntetyzowane pochodne posiadają kilkukrotnie silniejszy wpływ na to zjawisko niż PAH. Ponadto zaobserwowano istotne zmiany w rozmieszczeniu winkuliny i w organizacji cytoszkieletu aktynowego w komórkach hodowanych z dodatkiem badanych polimerów, a zwłaszcza z pochodnymi PAH.Uzyskane wyniki wskazują na kluczowy wpływ modyfikacji PAH na jego właściwości biologiczne. Badane związki pochodne cechują się niższą cytotoksycznością, wysoką skutecznością w permeabilizacji błony komórkowej oraz silnym wpływem na oddziaływanie komórek z podłożem. Te właściwości nowych pochodnych PAH dają nadzieję na ich praktyczne wykorzystanie nie tylko w badaniach laboratoryjnych, ale i w medycynie.Poly(allylamine hydrochloride) (PAH) is a weak polycation with numerous applications in medical and biological research. However, it has strong cytotoxic properties; thus, it is modified to reduce damaging on cells. The properties and applications of PAH and its derivatives are currently being explored.The goal of this Master’s thesis was to evaluate the biological properties of newly synthetized PAH derivatives, which have tertiary amino groups substituted with alkyl groups. The effect of PAH and its five derivatives in solution on human skin fibroblasts (HSFs) was researched. The investigated derivatives exhibit weaker cytotoxicity than PAH. All of the analyzed polycations in small doses (2 µg/ml) increase cell growth during subsequent days of culture. However, more concentrated compounds result in either reducing this effect or in the inhibition of proliferation.The exhibited tests indicate that unmodified PAH does not significantly influence cell membrane permeability. However, the investigated PAH derivatives effectively increase plasma membrane permeability. Polycations, which have the degree of substitution by the alkyl groups about 30%, have the strongest influence on this phenomenon. Other experiments indicate that HSFs cultured with the addition of the investigated compounds have significantly altered interactions with a culture substrate. Although all the polycations increase cell adhesion, the effects of the newly synthetized derivatives are several times stronger than that caused by PAH. In addition, significant changes in vinculin distribution and actin cytoskeleton organization were observed in cells cultured with the addition of the polymers, especially with the addition of the derivatives.The results indicate the key effect of PAH modifications on its biological properties. The researched derivatives are characterized by lower cytotoxicity, high efficiency in cell membrane permeabilization and a strong effect on cell interaction with a culture substrate. These properties of newly synthetized PAH derivatives give hope for their practical application not only in laboratory research, but also in the medical field