Synthesis and Characterization of Near-Infrared (nir) Emissive Conjugated Polymer Dots for Tumoroid Imaging

Abstract

This thesis describes the synthesis and characterization of near-infrared (NIR) emissive conjugated polymers and their polymer dots (Pdots). The Pdots were exploited to image the tumor cells and tumor spheroids. The penetration behavior of NIR emissive Pdots was characterized in five different tumor spheroid models. Three different polymerization techniques were tried to synthesize the NIR emissive polymers, namely oxidative, direct arylation, and Stille polymerization. The obtained NIR emissive polymers underwent structural and optical characterization. P1 was chosen as a model polymer to obtain Pdots from NIR emissive polymers for imaging tumoroids. Pdot preparation includes using ultrasonic emulsification to modify nonionic D-A-D type alkoxy thiophene-benzobisthiadiazole-based conjugated polymers (P1) with amphiphilic cetyltrimethylammonium bromide (CTAB). The technique yields Pdots with a significant positive surface charge of +56.5 mV ± 9.5 and an average hydrodynamic radius of 12 nm. Optical characterization reveals that these Pdots were found as emissive in the NIR region, with a maximum wavelength of 860 nm. These Pdots possess colloidal and optical properties that make them appropriate for use as fluorescence emissive probes in bioimaging applications. The advantageous use of positively charged Pdots has been proven in diffusion-limited settings such as tissues, specifically in certain tumor spheroid models produced from the tumoroid cell lines. After the fluorescence imaging analysis, the Pdots' emission intensity profile indicates that they have high penetration capability into the tumoroid models' center parts. The results show that Pdots with a single-chain donor-acceptor polymer structure that has been cationized with CTAB can penetrate through dense materials over about 1 μm. This provides valuable insights into the progression of targeted theranostic strategies in cancer therapy.

Bu tez, yakın kızılötesi (NIR) ışıyan konjuge polimerlerin ve bunların polimer noktalarının (Pdot'lar) sentezini ve karakterizasyonunu açıklamaktadır. Pdot'lar, tümör hücrelerini ve tümör sferoidlerini görüntülemek için kullanıldı. NIR ışıyan Pdot'ların penetrasyon davranışı farklı tümör sferoid modellerinde karakterize edildi. NIR ışıyan polimerleri sentezlemek için oksidatif, direkt arilasyon ve Stille polimerizasyonu olmak üzere üç farklı polimerizasyon tekniği denendi. Elde edilen NIR ışıyan polimerlere yapısal ve optik karakterizasyon uygulandı. P1, tümörlerin görüntülenmesi için NIR ışıyan polimerlerden Pdot'lar elde etmek amacıyla model polimer olarak seçildi. Pdot hazırlığı, iyonik olmayan D-A-D tipi alkoksi tiyofen-benzobistiyadiazol bazlı konjuge polimerleri (P1) amfifilik setiltrimetilamonyum bromür (CTAB) ile modifiye etmek için ultrasonik emülsifikasyonun kullanılmasını içerir. Teknik, +56,5 mV ± 9,5 önemli pozitif yüzey yüküne ve 12 nm ortalama hidrodinamik yarıçapa sahip Pdot'lar sağlar. Optik karakterizasyon, bu Pdot'ların NIR bölgesinde maksimum dalga boyu 860 nm olan ışıyan olarak bulunduğunu ortaya koymaktadır. Bu Pdot'lar, onları biyogörüntüleme uygulamalarında floresans ışıyan problar olarak kullanıma uygun kılan kolloidal ve optik özelliklere sahiptir. Pozitif yüklü Pdot'ların avantajlı kullanımı, dokular gibi difüzyonun sınırlı olduğu ortamlarda, özellikle tümöroid hücre hatlarından üretilen belirli tümör sferoid modellerinde kanıtlanmıştır. Floresan görüntüleme analizinden sonra, Pdot'ların emisyon yoğunluğu profili, tümöroid modellerinin merkez kısımlarına yüksek nüfuz etme kapasitesine sahip olduklarını göstermektedir. Sonuçlar, CTAB ile katyonize edilmiş tek zincirli donör-alıcı polimer yapısına sahip Pdot'ların, yaklaşık 1 μm'nin üzerinde yoğun malzemelere nüfuz edebildiğini göstermektedir. Bu, kanser tedavisinde hedefe yönelik teranostik stratejilerin ilerlemesine ilişkin değerli bilgiler sağlar.