Structural conformation of biomolecules released from temperature-sensitive composite polymer...

6
Introduction Temperature-sensitive polymers are considered to have many potential applications, such as in medicine, biotechnology, and environmental problems [1±5]. Recently many researchers have shown interest in polyN-isopropylacrylamide) poly-NIPAM) and pluo- ronic polymer because of their attractive temperature- sensitive properties and because they are considered to be applicable in drug delivery systems [6±10]. We found that polydimethylaminoethyl methacry- late) in an aqueous medium exhibited a similar temper- ature-sensitive property as poly-NIPAM and utilized it as a temperature-sensitive ¯occulant for the treatment of wastewater [11]. Recently we prepared submicron- and micron-sized temperature-sensitive composite polymer particles by seeded emulsion copolymerization of dim- ethylaminoethyl methacrylate DM) and ethylene glycol dimethacrylate EGDM) with polystyrene PS) seed particles [12±17]. One of the important requirements for all carriers in drug delivery systems is that the biomolecules should retain their conformational state throughout adsorp- tion/desorption steps because a conformational change would greatly reduce the activity. The conformational change is caused mainly by the hydrophobic interaction between the biomolecules and the surface of the particles [18, 19]. Additional factors, such as pH, temperature, ionic strength, and surface groups, were also considered to have eects [20±24]. In this work, we tried to detect any conformational change of the biomolecules released from the sub- micron- and micron-sized temperature-sensitive com- posite polymer particles by comparing the results with the native ones, using circular dichroism CD) spectroscopy. Colloid Polym Sci 280:310±315 2002) Ó Springer-Verlag 2002 ORIGINAL CONTRIBUTION Hasan Ahmad M. Okubo Y. O. Kamatari H. Minami Structural conformation of biomolecules released from temperature-sensitive composite polymer particles ± a study by circular dichroism Received: 10 April 2001 Accepted: 13 June 2001 Part CLXXXII of the series ``Studies on suspension and emulsion'' H. Ahmad &) á M. Okubo Y. O. Kamatari á H. Minami Department of Chemical Science and Engineering, Faculty of Engineering Kobe University, Rokko, Nada Kobe 657-8501, Japan Present address: H. Ahmad Department of Chemistry University of Rajshahi Rajshahi 6205, Bangladesh e-mail: [email protected] Fax: +88-0721-750064 Abstract A conformational study of the biomolecules released from sub- micron- and micron-sized tempera- ture-sensitive composite polymer particles by decreasing the tempera- ture from 40 to 25 °C was done with circular dichroism and the results were compared with those of the native biomolecules. In almost all cases the biomolecules released re- tained their native conformational states. Keywords Temperature-sensitive á Adsorption á Biomolecules á Conformation

Transcript of Structural conformation of biomolecules released from temperature-sensitive composite polymer...

�����������

���������������� � ������� ��� ��������� �� �� ����� ��������� ������������ ��� � �� ����������������������� ��� �� ���������� ������� �������������� ���� ��������� �� � ���� ������� �������������������������� �����!"#$% ��� ��������� ������� ������ �& ����� �������� � ���������������� � ��������� ��� ������ ���� ��� ��������� ���� ���������� �� ���� ���� ��� ���� �'��(��

)� &���� ���� ����������������������� ������������ �� �� �*���� ������ �+������� � ������ ���������������� � �������� � ����!"#$% ��� �����,�� ��� � ���������������� � -�������� &�� ��� ��������� �&��������� ����� �������� �� �������� �������� ����������,�� ���������������� � �������� ��������������� �� ����� ������� ����������,����� �& ������������������ ������������ �.% ��� �������� ������

�������������� �/0.% ���� ���������� �#1 ����������� ��2��3��

4�� �& ��� ��������� ��*�������� &�� ��� ������� ������ ���� ��� ���� � ���� ��� ����������� ����������� ����� ���&���������� ���� ���������� ���������5��������� ��� ������ � ���&���������� ����������� ������� ������ ��� ���� ���� ��� ���&���������������� � ����� ������ �� ��� ����������� ������������������ ��� ����������� ��� ��� ��&��� �& ��� ����������6� �7�� $��������� &������ ��� � �8� ����������������� �������� ��� ��&��� ������ ���� ��� ����������� �� � �9��� �2(�2:��

"� ��� ���;� �� ����� �� ������ ��� ���&���������������� �& ��� ����������� ������� &��� ��� �������� ��� �������,�� ���������������� � �������� ������� �������� �� ��������� ��� ��������� ��� ���� � ���� ���� �������� �������� �<. �����������

<������ #���� 1�� 26(=>�(�>�� �2((2 � 1�������?����� 2((2 4�"0"!$@ <4!��"AB�"4!

����� ����� �� ��� � ��������� �����

��������� ��� ������� � ������������������� ��� ��������������������������� ������� �������� � � ������� ������� �������

����� ��= �( $���� 2((�$�������= �> C��� 2((�

#��� <@DDD"" �& ��� ���� EE1����� ��������� ��� �������FF

8� $���� �� � %� 4;���G� 4� H������� � 8� %�����.��������� �& <������� 1������ ���/����������� I������ �& /����������H��� B�� ������ ��;;�� !���H��� '�36�(�� C����

������� ����� 8� $����.��������� �& <�������B�� ����� �& ��J������J���� '2(�� A�������������= ��J���K������������I�+= L66(32�3�((':

�������� $ ���&���������� ���� �&��� ����������� ������� &��� �������� ��� �������,�� ���������������� � �������� ��������������� �� ��������� ��� ����������� &��� :( �� 2� �< �� ���� ������������ �������� ��� ��� ��������� �������� ���� ���� �& ������� � ������������ "� ����� ������ ��� ����������� ������� �������� ����� ���� � ���&���������������

�������� ���������������� � �$�������� � A���������� �<��&��������

�����������

%�������

1������ �� �������� ����� ������� ������ �� � ������������������ .% ��� /0.% ���� �& ������� ����� ��� ������� � ����� ��� 2�2�$,������������������� �$"A! ��� 2�2��,����2�������������� ������������� �?�( ���� ����������,�� ��&��� ��� #���� ��������������� �#?# � ����������� �������������� �������� ����*��� >>' � ��� ������+��������� ������� ���������� ������ 6( ���� ��� �& ������� ������@��,��� �@M ��� ��� ������� �$@ ������� �� )�;� #���<������� <�� ��� ������� ���� � ��(�'(( ����5�� ���� ������� �� 1���� <������� <�� ���� ����� �� �� � ��&������������ ���� ��� � ����� ��� .�����,�� ����� �� �������� ���� �#���+ ����������� ��������� ��� ����� �������� ��� ���� �&���������� ������

#���������� �& #1 ��� ��������

#1 ��� �������� �(��33 �� ���� �������� �� ������� ��������,����� �& ': � ������ �� ��� ������� �& �������� �����N�������� 6( ���� (�2�' � ����������� �������� ?�( ��������� �� ��������� ���������� ��� ��������,����� �� ������� ��� �� '( �<&�� 2: ��

#1 ��� �������� ���33��� ���� �������� �� ����������������,����� �& :( � ������ �� ��� ������� �& ��' � #?# ���(�:�3' � ���*��� >>' ���� (�: � $"A! � �� ��������� ������������� ��������,����� �� ������� ��� �� � �������� ��������� �� �������� ���� �& 6( ��� &�� 2: �� 8��� ��� ��������� ���� ������� ������� &��� ���� �������� �� $���� �� ��� �2��� ��� ��� ������������ ����� ���������� �� ������� ����� ���� ��� ��*��� ���� ������������ ������,�� ������ ��� �������� ���� ���� �� ���� � C/4@C/%2(�( ��������� �������� ��������� ��/% �

1����� ������� ����������,����� �& .% ��� /0.%

1����� ������� ����������,����� �& .% ��� /0.% ����������� ��� �� ��� ������� �& (��33�� ��� ��33���,�� #1 ����������� �� '( �< ����� ��� ��������� ����� �� ����� �� ����������� ������� �������� �������� ���� ����� ���������� ������ ����������� ���� �������� ������,�� ����� �� ���� � �������� �& ����,�� ���� ��� ����������� �& ��� ����N�� ��������������� �� &���� �� �� ����� � �15���

��� �������� �& ��� �������� ������� �������� ���� (��6:��� ��6 ��� ������� ����

$�������� �& �����������

I�� ���� ����������� �( �� ����N�� ������� �� ��+�� �����( �� ����������� �*���� �������� ��� ������������� �& ���

����� � #���������� �& ���������� ��� 5�������������������������������������������� ������ �������������� ��� ���� ����������� �������� �� ����� ������� ����������,����� ���� 2�2��,����2�������������� ������������� ����� ���������

"��������� 1��������� %������

#1 ������� �� 6>�>>� �3�>'�

.% �� ���6� ��(6�/0.% �� (�>3 (��'?�( �� 2 ��2)���� �� 3(( 27:

�'( �<� 6 �� !2� �(( ����'( �<� 6 �� !2� 6( ����#������ ����� �'6 �5��#������ ����� �(� �5�

��� � ��������� ����������������� ���������� �&� ������� ���������,������������ ��� ��� ���������� #15�������������������������������������������� �������������������� ��� ���� ��� �������� ���������� �������,�� #1 ��� �������� ��� � #15#�.%/0.% �������� ��������

>��

����������� �� ��� �*���� ������� �� ;��� ������� ������ �������� ��&��� ���� �& ��� ������� ��������� ��� �8 ���� ����J���� ����������� �� ��� ���������� ����� �& ��� ������� ������������ �� ��������� ��� �9��� �& ����� ����������� ���� ����������� ��&���O ���� ��� &�� ������ ��� �8 ���� �� ��J���� ��3 ������ �� ��� �8 ���� ������ ������ � ���� ����N� ���� ��� &��� ���� ���� ����� ��� ������ �& ��������� �� :( ��� 2� �< ����������� �&��� ;������ ��� ��+���� �� ���� ����������� &�� > ��

���� ��� �+������� �& ��� �������������� ��+����� ����� �� ;���&�� :� ���� ��� ������������� �& ��� ����������� �� ��� �������� ������� ���� � B? ���������������� �� 26( ��� ��������� �& ��������� �& ��9����� ����������� �� ����������� �������,�� �������� ������� �������� ��� �������� ������� 2 ��>� ����

1��������� ���&�������� �& ��� ����������� �������

I�� ���� ����������� >( �� ����N�� �������� ������� ��������� � >( �5� �� ��+�� ���� �( �� ����������� �*���� ��������� ����� ��� ������������� �& ��� ����������� �� ;��� ����� �����+���� ������ �& ���������� ��� �8 �� �������������J���� �� ��� ���������� ����� �& ��� ������� � �������������+���� &�� ������� ����� ��� �8 �� ��J���� �� 3� ��� ��+������ ;��� �� :( �< &�� > � ��� ���� ��� �������� �������� ���������� ������� ����������� ���� �������� �� ������&�������� ����������� �������� ���� ��������� �� � &��� ��9�� ������� ���;��� �� 2� �< &�� > �� �+���� &�� ��� ������� �������� ������ ����������� ������� ����� ��� ���� �� N+�� �� :� ��� �� ������,���� �� �& ����N� ���� ���� I������� ��� ��*��� ���� �� ��������

��� � <. ������ �& ���� � @M ���� ��� @M ������� &��� ��6���,�� #15#�.%�/0.% �������� �������� �� �8 �� �PPP �� � ��� &��B? ��� ! ��� ����B? ������

��� " <������� �������� �� ������ �& ���� � ���,��� ��� ���� ��� @M ������� &��� (��6���,�� #15#�.%�/0.% �������� �������� �� �8 �� �PPPP �� � ��� &��B? ��� ! �������B? ������

����� " $����� ���5� �& ����������� ������� �� ���������������� ��� ������� ������� ������������� �� 2 ��5�2L(�� �5����� ��������,����� ���� �� :� ���

A���������� �8 1���������,� %������,�

:( �< 2� �< :( �< 2� �<

@��,��� �� 2(�> �'�� >�' ��:/�� ������� :�7 �3�� ���: ��> :�2������ 3 >��' 2��: :�3 2�6

>�2

&��� ��� �������� �������� �� ������&������� ��� ���� ��N�������� ���� (�2�� ���������� �������� ������� N���� �� ���� ���� ��&���� ��������� ��� N������ ���������� ����������� �������&��� ��� �������� �������� �� ��J����� �� <. �������������� � C��� ����������������� �C32( �

������� ��� ��������

�/% ���������� �& ������� �������� ��� �������,�� #1 ���� #15�����.%�/0.% �#�.%�/0.% � �������� ��������� ��� ���� �� I��� �� ����/% ���������� �& ���� �������� �������� ������������ �� #�.%�/0.% ��������� �������� ���� �������� ������ ����� ������� ����������,������ ������������ ���� ����� ������� ����������,����� ��������� ������ �� #1 ��� ���������

��� <. ������ �& ���� � @M ��� @M ������� &������ �������� ��� �������,�� ���������������� �#15#�.%�/0.% �������� �������� �� �8 �� �� ���&�� ��� ����B? ������ ��� ���� �� I��� 2 ��� >� "� ��������� ;���� ���� �� ��� &��B? ������ ��� ����������������� �� 222 �� �������� ��� �������� ���������������� �& ��� ����������� �2'� 23�� 1� ��� ����������������� �� I��� 2$ ��� >$ �������� ���� ��� ���� � @M�� � ���� ������ �& ������������ �������� ������������ ����B? ������ �������� ��� �������� ��������� ������� &������ ���� �& ��� ������ �& �������� ������������� �� � �� ���� ����� ��� ������� �������� ��������9����� ����� ������ �26�� I����� 2A ��� ���� ���������� �������� ������ ����� ����� ������� ������������ �������� ������������ ������ �������� ����������� ������� �& @M ������� &��� ��� ���������,���������� �������� �������� ����� ��� ��� � ���

��� # <. ������ �& ���� � $@ ���� ��� $@ ������� &��� ��6:���,�� #15#�.%�/0.% �������� �������� �� �8 :�7 �PPP �� � ��� &��B? ��� ! ��� ����B? ������

��� $ <. ������ �& ���� � ������ ���� ��� ������ �������&��� (��6:���,�� #15#�.%�/0.% �������� �������� �� �8 3�PPP �� � ��� &��B? ��� ! ��� ����B? ������

>�>

���� � ���� I����� > ��� ���� @M ������� &��� ����������,�� �������� �������� ��������� ���� � ��������&���������� ������ ���� � ����� ������� �� ��� �������� �������� ��� �������� ��� ��������� �& � �������9������ �� ��� ��&��� ��������� �& ��� ��� ���������������� �������� ����� ��9����� ���������� "� ���������� �� ��� ��� �& ����������� #1 �������� �� &������� ������ ��� <. ������ &�� ������� @M ������ �& ��� ��� ��� �������������� 8��� ��� �� ��� ���������� ��������� �� �� ��� ��������� �������� �& ��������������� ��� � �� ��� ���� �������� N����������� ���������� ������� &��� ����������� ���������&��� �� ���� �������� �27��

��� <. ������ �& ���� � $@ ��� $@ ������� &������������,�� ���������������� � �������� �������� �� �8 :�7 �� ��� &�� ��� ����B? ������ ��� ������ I��� :� "� ��� &��B? ������ ��� ����������� ������ ��

2(6 ��� 222 �� �������� � ���� ������ �& �����+ ��������� ��� ���� � $@� ����� �������� ��� ��� &�� ���������� $@� "� ��� ����B? ������ ��� &������ ���� �&��� ������������ �������� �������� �& ��� $@ �������&��� ��� �������� �������� �������� ����� ��� ���� ��� ���� � $@�

��� <. ������ �& ���� � ������ ��� ������ �������&��� ��� �������� ��� �������,�� �������� ������� �������� �� �8 3 �� ��� &�� ��� ����B? ��������� ���� �� I��� � ��� '� "� ���� ��� ��� ������������� ��������� � ����� ���&���������� ������������ �� ��� ��� �& ��� �������,�� ���������������� � �������� �������� ��� ���&���������� �������� ���� ����������� "� ��� ����B? ������ � ������������ �� ��� ��� ���� �������� ���� ��� ������� �������� ������ ����� ������ ��� � ������������������ ��� ������ ������� ���� ���������� �������� ���� ��� ��� ��� ����� ���� �� ����� �������N� ���� ��� �& ������� ������ �������� ����������� ���� � ��� �� ��� ���&���������� �������

��� <. ������ �� ��� ����B? ������ �& ���� ������� ��� ������ ������� &��� ���������,���������� �������� �� �8 3 ��� > ��� ���� ��I��� 3 ��� 6� "� ���� ���� ��������� ��� ��������� ���� ������� ��� &�� 2: ��� > �� I����� 3�������� ��� ��� ����� ��� ��������� �� �8 3 ��������� ��� ����� �� ��������� ��� ����������� &���:( �� 2� �< ������ ��� ����� �������� �������������������� � I����� 6 �������� ��� ��� ����� ������������ �� ������� ��� �� ��������� ��� �8 &���3 �� > ������� �������� ��� ������������ ����� ��N+�� �� 2� �<� 1���� ��� �������� �������� ��&����� �������� ����� ����� ��� �� ��� .% ������������� �������� ��&��� ����� ������ ��������� �������������� �� �8 >� ����� ���� �������� ��� ���������

��� % <. ������ �& ���� � ������ ���� ��� ������ �������&��� ��6���,�� #15#�.%�/0.% �������� �������� �� �8 3�PPP �� � ��� &��B? ��� ! ��� ����B? ������

��� & <. ������ �& ���� � ������ ���� ��� ������ �������&��� (��6:���,�� #15#�.%�/0.% �������� �������� �� �������B? ������ �� �8 3 �PPP � $��������� :( �<O 2: �

>�:

�& ��� ������ ������� �� �8 3� I����� 3 ��� ������� ��������� ���&�������� �& ��� ������ ������� ���8 3 �� ��9����� &��� ���� �& ��� ���� � ���� "���������� I��� �A ��� ���� ��� ��������� ���&�������� �& ��� ������ �������� ������� ����� ������ ��������� �+���� &�� ��� ��������� ���� ������� ���� :� ���� ��� ��� ������ � ����� ����������� ���� ��� ������ ������� &�� 2: � �� :( �<��������� ���&���������� ������ ����� �� �������������� ����������� ���� ��� �������� ��&���� 4�

��� ����� ���� I��� 6 ��� ���� ��� ������ ���������������� ���� ����� ���&���������� ������ �������� �� ���� � ������ ������ ��� ��������� ���� ��N+�� �� 2: �� ��� � ������ �� 2� �< ��� ����������&��� � ��������� ��� ����������� ���� �� :( �< ���������� �������� ��� ����������� ����������� ���������� �������� ��&��� ��� ������� ������� $� ��� �8 ���� �& 3 ��� > ��� ��������� ���&�������� �& ������� � ������ ���� ��� ��� ���� ��� � ������ ����� ��� �9��� �& ��� �8 ���� �>(�� ��� �������� ����� �� ������ ������ �& ��������� ��� ���&���������������� �& ��� ����������� ��� �� ������,�� �������,��� ��� �8����� � �������� �& ��� #15#�.%�/0.% �������� ���������

I��� ���� ����� �� �� �����N�� ���� ��� ����������� ������� &��� ���� ����������� �������,������������������ � #15#�.%�/0.% ��������������� �������� �� ��������� ��� ����������� &���:( �< �� ����� ��� ����� �������� ��������� ���������������� �������� ����� ���� � ���&���������� ������������ �� ������ ����� �� ��� ���; ��������������������� �& ��� ����������� ���� ��� ���������������� ��&���� ��� ����� ���� ��� ���������������� � �������� �������� ���� �� ��&�� � ������� &����� ��������� �& ������������

���������������� ��� ������ ����� ��;� �� ����;� H� $;��;��& ��� I������ �& 1������� H��� B�� ������ &�� �� ;��� ���� ������� <. �����������

�� �������

�� %��J� !� 8�9��� $1 ��763 $���A������ A��������� �:=�(3

2� <��� 08� 8�9��� $1 ��77> A�����J����� <��� :=�(7

>� A�� G 8� 4;��� �� H�� 1) ��766 %�;����� <��� ����� <�����7=�6�

:� 8���;��� G� ����;� � ��76: C <���#�� 6�='>37

�� .��� @<� 8�9��� $1 ��76' C <��������� ������ :=22>

'� G��� 8C� <��� <$� %��J� !� 8�9���$1 ��77( C #���� 1�� #���� <��� /�26=2�7

3� A�� G8� 4;��� �� 8� �� H�� 1)��763 %�;����� <��� ����� <����� 6=:6�

6� 1����� 80� ������ .$ ��767 #����#���� $� <��� 1�� .� #���� <���>(=>:2

7� H�������� 8� I�J����� H� %�,�����G ��772 <������ #���� 1�� 23(=�>

�(� 8�9��� $1� <��� 0� )� D� .��� M�H���� A� ������� H� 1������� /� ���

/� #���� !� A��,�� < ��773 #����#���� $� <��� 1�� .� #���� <���3'=23�

��� %������� �� !�;���� H� 4;��� %�1�� %� 1����� %� H����� % ��73: H������ ������� >�=''7

�2� 4;��� %� $���� 8 ��77� <������#���� 1�� 23>=6�3

�>� 4;��� %� $���� 8 ��77' <������#���� 1�� 23:=��2

�:� 4;��� %� $���� 8 ��77' C #����1�� #���� <��� /� >:=>�:3

��� 4;��� %� $���� 8 ��776 C #����1�� #���� <��� /� >'=66>

�'� 4;��� %� $���� 8 ��777 <������1��& $ ��>=:27

�3� 4;��� %� $���� 8� 1�,�;� � ��776 <������ #���� 1�� 23'=:3(

�6� H���� 1� 4;��� %� %����� ��%������� � ��76' <������ #���� 1��2':=3:>

�7� ��� C1� %����� #$ ��77( C <������"����&��� 1�� �>'=:��

2(� 0������� @ ��732 A������������=:(32

2�� ?����,���� #� A����� %@ ��73� A������ A����� $��� 2�(=�>6

22� 0��N��� "@� 1���� � ��732 I/A1 @���26=27

2>� 4;��� %� ��;��� �� %��� H� H����1� %������� � ��76> H�������������� :(=6(�

2:� !���� )� @�;���� C ��736 C <������"����&��� 1�� ''=2�:

2�� $���� G� ����� 1� @� � % ��762 A�#���� C �:=�>�

2'� I������� � .� #����� $� ?������ 0�<����� ��77� A���������� >(=�:>

23� A��; %� ���&��� 1/� .���� <%��77> A���������� >2=''7

26� 1������ �� G��� %� I�J����� H�H�������� 8 ��77� <������ 1��& A:=23�

27� 1����*��� %/� )����� $0 ��76( C <������ "����&��� 1�� 3�=>6'

>(� 0��� G� ��;����� !� I��; $@ ��77( A���������� 27=>:6(

��� ' <. ������ �& ���� � ������ ���� ��� ������ �������&��� (��6:���,�� #15#�.%�/0.% �������� �������� �� �������B? ������ �� �8 > �PPP � $��������� 2� �<O 2: �

>��