Poly-L-lysine (PLL) dendrimers are promising systems for biomedical applications due to their biocompatibility. These dendrimers have a specific topology: two spacers of different lengths come out of each branching point and thus the branching is asymmetric. Because of this asymmetry terminal groups are located at branches of different lengths, unlike dendrimers with a symmetric branching. This paper presents the results of the first systematic molecular dynamics simulation of such asymmetric PLL dendrimers. It is shown that PLL dendrimers are porous molecules with all terminal groups equally accessible to water. We have found that in spite of an asymmetry of branching the general structural characteristics of PLL dendrimers are rather similar to those of dendrimers with symmetric branching. We have also found that the structural characteristics of PLL dendrimers obey the general laws for dendrimers and that their electrostatic properties agree with the predictions of a general analytic theory.

1.
A. W.
Bosman
,
H. M.
Janssen
, and
E. W.
Meijer
,
Chem. Rev.
99
,
1665
(
1999
).
2.
G. M. J.
Dykes
,
Chem. Technol. Biotechnol.
76
,
903
(
2001
).
3.
P. J.
Gittins
and
L. J.
Twyman
,
Supramol. Chem.
15
,
5
(
2003
).
4.
V.
Gajbhiye
,
V. K.
Palanirajan
,
R. K.
Tekade
, and
N. K. J.
Jain
,
Pharm. Pharmacol.
61
,
989
(
2009
).
5.
S. C.
Zimmerman
,
F. W.
Zeng
,
D. E. C.
Reichert
, and
S. V.
Kolotuchin
,
Science
271
,
1095
(
1996
).
6.
S. M.
Grayson
and
J. M. J.
Frechet
,
Chem. Rev.
101
,
3819
(
2001
).
7.
L.
Crespo
,
G.
Sanclimens
,
M.
Pons
,
E.
Giralt
,
M.
Royo
, and
F.
Albericio
,
Chem. Rev.
105
,
1663
(
2005
).
8.
C.
Rao
and
J. P.
Tam
,
J. Am. Chem. Soc.
116
,
6975
(
1994
);
J. P.
Tam
and
J. C.
Spetzler
,
Curr. Protoc. Protein Sci.
18
,
1
(
2001
);
K.
Sadler
and
J. P.
Tam
,
Rev. Mol. Biotechnol.
90
,
195
(
2002
).
9.
T.
Darbre
and
J. L.
Reymond
,
Acc. Chem. Res.
39
,
925
(
2006
).
10.
B.
Klajnert
,
J.
Janiszewska
,
Z.
Urbanczyk-Lipkowska
,
M.
Bryszewska
,
D.
Shcharbin
, and
M.
Labieniec
,
Int. J. Pharm.
309
,
208
(
2006
).
11.
H.
Yao
,
D. M.
Veine
,
K. S.
Fay
,
E. D.
Staszewski
,
Z.-Z.
Zeng
, and
D. L.
Livant
,
Breast Cancer Res. Treat.
125
,
363
(
2011
).
12.
D.
Tyssen
,
S. A.
Henderson
,
A.
Johnson
,
J.
Sterjovski
,
K.
Moore
,
J.
La
,
M.
Zanin
,
S.
Sonza
,
P.
Karellas
,
M. P.
Giannis
,
G.
Krippner
,
S.
Wesselingh
,
T.
McCarthy
,
P. R.
Gorry
,
P. A.
Ramsland
,
R.
Cone
,
J. R. A.
Paull
,
G. R.
Lewis
, and
G.
Tachedjian
,
PLoS ONE
5
,
e12309
(
2010
).
13.
I. M.
Neelov
,
A.
Janaszewska
,
B.
Klajnert
,
M.
Bryszewska
,
N.
Makova
,
D.
Hicks
,
H.
Pearson
,
G. P.
Vlasov
,
M. Yu.
Ilyash
,
D. S.
Vasilev
,
N. M.
Dubrovskaya
,
N. L.
Tumanova
,
I. A.
Zhuravin
,
A. J.
Turner
, and
N. N.
Nalivaeva
,
Curr. Med. Chem.
20
,
134
(
2013
).
14.
B. J.
Boyd
,
L. M.
Kaminskas
,
P.
Karellas
,
G.
Krippner
,
R.
Lessene
, and
C.
Porter
,
J. Mol. Pharm.
3
,
614
(
2006
).
15.
S.
Javor
,
A.
Natalello
,
S. M.
Doglia
, and
J. L.
Reymond
,
J. Am. Chem. Soc.
130
,
17248
(
2008
);
[PubMed]
S.
Javor
,
E.
Delort
,
T.
Darbre
, and
J. L.
Reymond
,
J. Am. Chem. Soc.
129
,
13238
(
2007
);
[PubMed]
S.
Javor
and
J. L.
Reymond
,
J. Org. Chem.
74
,
3665
(
2009
).
[PubMed]
16.
B. P.
Roberts
,
M. J.
Scanlon
,
G. Y.
Krippner
, and
D. K.
Chalmers
,
Macromolecules
42
,
2784
(
2009
);
B. P.
Roberts
,
M. J.
Scanlon
,
G. Y.
Krippner
, and
D. K.
Chalmers
,
Macromolecules
42
,
2775
(
2009
).
17.
L. C. S.
Filipe
,
M.
Machuqueiro
, and
A. M.
Baptista
,
J. Am. Chem. Soc.
133
,
5042
(
2011
).
18.
G. P.
Vlasov
,
V. I.
Korol'kov
,
G. A.
Pankova
,
I. I.
Tarasenko
,
A. N.
Baranov
,
P. B.
Glazkov
,
A. V.
Kiselev
,
O. V.
Ostapenko
,
E. A.
Lesina
, and
V. S.
Baranov
,
Russ. J. Bioorg. Chem.
30
,
12
(
2004
).
19.
L.
Porcar
,
K. L.
Hong
,
P. D.
Butler
,
K. W.
Herwig
,
G. S.
Smith
,
Y.
Liu
, and
W. R.
Chen
,
J. Phys. Chem. B
114
,
1751
(
2010
);
[PubMed]
B.
Wu
,
X.
Li
,
C.
Do
,
T.-H.
Kim
,
C.-Y.
Shew
,
Y.
Liu
,
J.
Yang
,
K.
Hong
,
L.
Porcar
,
C.-Y.
Chen
,
E. L.
Liu
,
G. S.
Smith
,
K. W.
Herwig
, and
W.-R.
Chen
,
J. Chem. Phys.
135
,
144903
(
2011
);
[PubMed]
X.
Wang
,
L.
Guerrand
,
B.
Wu
,
X.
Li
,
L.
Boldon
,
W.-R.
Chen
, and
L.
Liu
,
Polymers
4
,
600
(
2012
).
20.
I. M.
Neelov
,
D. A.
Markelov
,
A. G.
Falkovich
,
M. Yu.
Ilyash
,
B. M.
Okrugin
, and
A. A.
Darinskii
,
Polym. Sci. C
55
,
154
(
2013
).
21.
E. J.
Sorin
and
V. S.
Pande
,
Biophys. J.
88
,
2472
(
2005
).
22.
B.
Hess
,
C.
Kutzner
,
D.
Spoel
, and
E.
Lindahl
,
J. Chem. Theory Comput.
4
,
435
(
2008
).
23.
W. L.
Jorgensen
,
J.
Chandrasekhar
,
J. D.
Madura
,
R. W.
Impey
, and
M. L.
Klein
,
J. Chem. Phys.
79
,
926
(
1983
);
E.
Neria
,
S.
Fischer
, and
M.
Karplus
,
J. Chem. Phys.
105
,
1902
(
1996
).
24.
H. J. C.
Berendsen
,
J. P. M.
Postma
,
W. F.
van Gunsteren
,
A.
DiNola
, and
J. R.
Haak
,
J. Chem. Phys.
81
,
3684
(
1984
).
25.
B.
Hess
,
H.
Bekker
,
H. J. C.
Berendsen
, and
J.
Fraaije
,
J. Comput. Chem.
18
,
1463
(
1997
).
26.
T.
Darden
,
D.
York
, and
L.
Pedersen
,
J. Chem. Phys.
98
,
10089
(
1993
).
27.
D. J.
Evans
and
B. L.
Holian
,
J. Chem. Phys.
83
,
4069
(
1985
).
28.
M.
Parrinello
and
A.
Rahman
,
J. Appl. Phys.
52
,
7182
(
1981
).
29.
J.
Rudnick
and
G.
Gaspari
,
J. Phys. A
19
,
L191
(
1986
).
30.
Y.
Liu
,
V. S.
Bryantsev
,
M. S.
Diallo
, and
W. A.
Goddard
III
,
J. Am. Chem. Soc.
131
,
2798
(
2009
);
[PubMed]
P. K.
Maiti
and
B.
Bagchi
,
J. Chem. Phys.
131
,
214901
(
2009
).
[PubMed]
31.
I.
Neelov
,
S.
Falkovich
,
D.
Markelov
,
E.
Paci
,
A.
Darinskii
, and
H.
Tenhu
,
Dendrimers in Biomedical Applications
(
Royal Society of Chemistry
,
London
,
2013
), p.
99
.
32.
I. O.
Gotze
and
C. N.
Likos
,
Macromolecules
36
,
8189
(
2003
).
33.
J. S.
Klos
and
J. U.
Sommer
,
Macromolecules
42
,
4878
(
2009
).
34.
J. S.
Klos
and
J. U.
Sommer
,
Macromolecules
43
,
4418
(
2010
).
35.
S.
Stechemesser
and
W.
Eimer
,
Macromolecules
30
,
2204
(
1997
).
36.
R.
Scherrenberg
,
B.
Coussens
,
P.
Vliet
,
G.
Edouard
,
J.
Brackman
,
E.
Brabander
, and
K.
Mortensen
,
Macromolecules
31
,
456
(
1998
).
37.
I. B.
Rietveld
and
D.
Bedeaux
,
Macromolecules
33
,
7912
(
2000
).
38.
I.
Bodnar
,
A. S.
Silva
,
R. W.
Deitcher
,
N. E.
Weisman
,
Y. H.
Kim
, and
N. J.
Wagner
,
J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys.
38
,
857
(
2000
).
39.
M. A.
Gonzalez
and
J. L.
Abascal
,
J. Chem. Phys.
132
,
096101
(
2010
).
40.
R. M.
Venable
,
E.
Hatcher
,
O.
Guvench
,
A. D.
MacKerell
 Jr.
, and
R. W.
Pastor
,
J. Phys. Chem. B
114
,
12501
(
2010
).
41.
E. G.
Timoshenko
,
Y. A.
Kuznetsov
, and
R.
Connolly
,
J. Chem. Phys.
117
,
9050
(
2002
);
K.
Karatasos
,
Macromolecules
38
,
4472
(
2005
);
G.
Giupponi
and
D. M. A.
Buzza
,
Macromolecules
35
,
9799
(
2002
);
A. V.
Lyulin
,
G. R.
Davies
, and
D. B.
Adolf
,
Macromolecules
33
,
6899
(
2000
);
M. L.
Mansfield
and
L. I.
Klushin
,
Macromolecules
26
,
4262
(
1993
);
M. L.
Mansfield
and
M.
Jeong
,
Macromolecules
35
,
9794
(
2002
);
Z. Y.
Chen
and
S. M.
Cui
,
Macromolecules
29
,
7943
(
1996
);
M.
Ballauff
and
C. N.
Likos
,
Angew. Chem., Int. Ed.
43
,
2998
(
2004
).
42.
P. G. D.
Gennes
and
H.
Hervet
,
J. Phys. Lett.
44
,
351
(
1983
).
43.
O. V.
Borisov
,
E. B.
Zhulina
,
F. A. M.
Leermakers
,
M.
Ballauff
, and
A. H. E.
Muller
,
Adv. Polym. Sci.
241
,
1
(
2011
).
You do not currently have access to this content.