Polymers in Medicine

Polim. Med.
Scopus CiteScore: 3.5 (CiteScore Tracker 3.6)
Index Copernicus (ICV 2023) – 121.14
MEiN – 70
ISSN 0370-0747 (print)
ISSN 2451-2699 (online) 
Periodicity – biannual

Download PDF

Polymers in Medicine

2015, vol. 45, nr 2, July-December, p. 81–93

doi: 10.17219/pim/59591

Publication type: review article

Language: Polish

Download citation:

  • BIBTEX (JabRef, Mendeley)
  • RIS (Papers, Reference Manager, RefWorks, Zotero)

Creative Commons BY-NC-ND 3.0 Open Access

Sieci metaloorganiczne (MOF) – nowa grupa mezoporowatych polimerów koordynacyjnych i ich potencjalne zastosowanie w technologii postaci leku

Metal-Organic Frameworks: A New Class of Mesoporous Materials and Potential Possibilities of Their Use in Pharmaceutical Technology

Gabriela Wyszogrodzka1,A,B,C,D, Przemysław Dorożyński1,A,B,C,D,E,F

1 Katedra Technologii Postaci Leku i Biofarmacji, Collegium Medicum Uniwersytetu Jagiellońskiego, Kraków, Polska

Streszczenie

Sieci metaloorganiczne typu MOF są nową grupą materiałów mezoporowatych o hybrydowej budowie organiczno-nieorganicznej. Ich wyjątkowe cechy: dowolność doboru elementów składowych umożliwiająca uzyskanie biozgodnych struktur oraz dobrze rozwinięta powierzchnia właściwa sprawiają, że MOF-y są obiecującymi nośnikami substancji leczniczych. MOF-y mogą być wykorzystane również w tzw. terapii celowanej, dzięki dołączonym do powierzchni nośnika ligandom lub przeciwciałom. Poprzez wbudowanie w strukturę kationów o właściwościach paramagnetycznych będzie możliwe użycie ich jako kontrastu w tomografii magnetyczno-rezonansowej (MRI). Połączenie zdolności przenoszenia cząsteczek substancji leczniczych i obrazowania w jednym nośniku wskazuje na potencjalne zastosowanie MOF-ów jako teranostyków i może dawać możliwość monitorowania substancji leczniczej w czasie rzeczywistym po wprowadzeniu do organizmu. Celem niniejszej pracy jest charakterystyka nowej grupy związków i prezentacja potencjalnych możliwości ich zastosowania jako substancji pomocniczych w technologii postaci leku.

Abstract

Metal-organic frameworks (MOFs) belong to the new class of mesoporous, hybrid materials composed of metal ions and organic binding ligands. Their unique features: wide range of chemical building components, which enables obtaining biocompatible materials, and high surface area and loading capacity, make them promising drug delivery vehicles for therapeutic agents. The ability to tune their structures and porosities provides better adjustment for adsorbed drug molecule. Moreover, MOFs functionalized with ligands or antibodies can be used in cancer targeted therapy. Through the incorporation of paramagnetic metal ions into the structure, MOFs are suited to serve as magnetic resonance imaging (MRI) contrast agents. Combining drug delivery ability with imaging properties of MOFs indicates their potential use as theranostic agents and makes possible monitoring drug delivery within the body after administration in the real time. The aim of the present study is to characterize a new class of compounds and to present potential possibilities of their use as excipients in pharmaceutical technology.

Słowa kluczowe

polimery koordynacyjne, układy mezoporowate, teranostyki, sieci metaloorganiczne

Key words

mesoporous materials, coordination polymers, theranostics, metal-organic frameworks

References (30)

  1. Kitagawa S., Uemura K.: Dynamic porous properties of coordination polymers inspired by hydrogen bonds. Chem. Soc. Rev. 2005, 34(2), 109–119.
  2. Della Rocca J., Liu D., Lin W.: Nanoscale metal-organic frameworks for biomedical imaging and drug delivery. Acc. Chem. Res. 2011, 44(10), 957–968.
  3. Batten S.R., Champness N.R., Chen X., Garcia-Martinez J., Kitagawa S., Öhrström L., O’Keeffe M., Paik Suh M., Reedijk J.: Terminology of metal-organic frameworks and coordination polymers (IUPAC Recommendations 2013). Pure Appl. Chem. 2013, 85(8), 1715–1724.
  4. Batten S.R., Champness N.R., Chen X., Garcia-Martinez J., Kitagawa S., Öhrström L., O’Keeffe M., Paik Suh M., Reedijk J.: Coordination polymers, metal-organic frameworks and the need for terminology guidelines. CrystEngComm 2012, 14(9), 3001–3004.
  5. Yaghi O.M., Li G., Li H.: Selective binding and removal of guests in a microporous metal-organic framework. Nature 1995, 378(6558), 703–706.
  6. Rosi N.L., Eddaoudi M., Kim J., O’Keeffe M., Yaghi O.M.: Advances in the chemistry of metal-organic frameworks. CrystEngComm 2002, 4(68), 401–404.
  7. Chae H.K., Siberio-Pérez D.Y., Kim J., Go Y., Eddaoudi M., Matzger A.J., O’Keeffe M., Yaghi O.M.: A route to high surface area, porosity and inclusion of large molecules in crystals. Nature 2004, 427(6974), 523–527.
  8. Furukawa H., Ko N., Go Y.B., Aratani N., Choi S.B., Choi E., Yazaydin A.Ö., Snurr R.Q., O’Keeffe M., Kim J., Yaghi O.M.: Ultrahigh porosity in metal-organic frameworks. Science 2010, 329(5990), 424–428.
  9. Yang L., Ravindran P., Vajeeston P., Tilset M.: Ab initio investigations on the crystal structure, formation enthalpy, electronic structure, chemical bonding, and optical properties of experimentally synthesized isoreticular metal-organic framework10 and its analogues: M-IRMOF-10 (M= Zn, Cd, Be, Mg, Ca, Sr and Ba). RSC Advances 2012, 2(4), 1618–1631.
  10. Huxford R.C., Della Rocca J., Lin W.: Metal-organic frameworks as potential drug carriers. Curr. Opin Chem. Biol. 2010, 14(2), 262–268.
  11. Koh K., Wong-Foy A.G., Matzger A.J.: Coordination copolymerization mediated by Zn4O(CO2R)6 metal clusters: a balancing act between statistics and geometry. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132(42), 15005–15010.
  12. Guerrero V.V., Yoo Y., McCarthy M.C., Jeong H.: HKUST-1 membranes on porous supports using secondary growth. J. Mater. Chem. 2010, 20(19), 3938–3943.
  13. Wee L.H., Lohe M.R., Janssens N., Kaskel S., Martens J.A.: Fine tuning of the metal–organic framework Cu3(BTC)2 HKUST-1 crystal size in the 100 nm to 5 micron range. J. Mater. Chem. 2012, 22(27), 13742–13746.
  14. Dietzel P.D., Besikiotis V., Blom R.: Application of metal-organic frameworks with coordinatively unsaturated metal sites in storage and separation of methane and carbon dioxide. J. Mater. Chem. 2009, 19(39), 7362–7370.
  15. Pan Y., Liu Y., Zeng G., Zhao L., Lai Z.: Rapid synthesis of zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) nanocrystals in an aqueous system. Chem. Commun. 2011, 47(7), 2071–2073.
  16. Latroche M., Surblé S., Serre C., Mellot‐Draznieks C., Llewellyn P.L., Lee J., Chang J., Jhung S.H., Férey G.: Hydrogen Storage in the Giant‐Pore Metal-Organic Frameworks MIL‐100 and MIL‐101. Angewandte Chemie International Edition 2006, 45(48), 8227–8231.
  17. Xuan W., Zhu C., Liu Y., Cui Y.: Mesoporous metal-organic framework materials. Chem. Soc. Rev. 2012, 41(5), 1677–1695.
  18. Horcajada P., Chalati T., Serre C., Gillet B., Sebrie C., Baati T., Eubank J., Heurtaux D., Clayette P., Kreuz C., Chang J., Hwang Y.K., Marsaud V., Bories P., Cynober L., Gil S., Férey G., Couvreur P., Gref R.: Porous metal-organic-framework nanoscale carriers as a potential platform for drug delivery and imaging. Nature Materials 2010, 9(2), 172–178.
  19. Horcajada P., Gref R., Baati T., Allan P.K., Maurin G., Couvreur P., Férey G., Morris R.E., Serre C.: Metal-organic frameworks in biomedicine. Chem. Rev. 2011, 112(2), 1232–1268.
  20. Jiang D., Burrows A.D., Edler K.J.: Size-controlled synthesis of MIL-101 (Cr) nanoparticles with enhanced selectivity for CO2 over N2. CrystEngComm 2011, 13(23), 6916–6919.
  21. Koh K., Wong-Foy A.G., Matzger A.J.: A porous coordination copolymer with over 5000 m2/g BET surface area. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131(12), 4184–4185.
  22. Hu Y., Kazemian H., Rohani S., Huang Y., Song Y.: In situ high pressure study of ZIF-8 by FTIR spectroscopy. Chem. Commun. 2011, 47(47), 12694–12696.
  23. Rieter W.J., Pott K.M., Taylor K.M., Lin W.: Nanoscale coordination polymers for platinum-based anticancer drug delivery. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130(35), 11584–11585.
  24. An J., Geib S.J., Rosi N.L.: Cation-triggered drug release from a porous zinc-adeninate metal-organic framework. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131(24), 8376–8377.
  25. Keskin S., Kýzýlel S.: Biomedical applications of metal organic frameworks. Ind. Eng. Chem. Res. 2011, 50(4), 1799–1812.
  26. McKinlay A.C., Morris R.E., Horcajada P., Férey G., Gref R., Couvreur P., Serre C.: BioMOFs: metal-organic frameworks for biological and medical applications. Angewandte Chemie International Edition 2010, 49(36), 6260–6266.
  27. Miller S.R., Heurtaux D., Baati T., Horcajada P., Grenčche J., Serre C.: Biodegradable therapeutic MOFs for the delivery of bioactive molecules. Chem. Commun. 2010, 46(25), 4526–4528.
  28. Berchel M., Le Gall T., Denis C., Le Hir S., Quentel F., Elléouet C., Montier T., Rueff J., Salaün J., Haelters J., Hix G.B., Lehn P., Jaffrčs P.: A silver-based metal-organic framework material as a ‘reservoir’ of bactericidal metal ions. New J. Chem. 2011, 35(5), 1000–1003.
  29. Tamames-Tabar C., Imbuluzqueta E., Guillou N., Serre C., Miller S.R., Elkaďm E., Horcajada P., Blanco-Pieto M.J.: A Zn azelate MOF: combining antibacterial effect. CrystEngComm 2015, 17(2), 456–462.
  30. Taylor-Pashow K.M., Rocca J.D., Xie Z., Tran S., Lin W.: Postsynthetic modifications of iron-carboxylate nanoscale metalorganic frameworks for imaging and drug delivery. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131(40), 14261–14263.
© Wroclaw Medical University