مقاربة سطحية وكفاءة لإنتاج المذيلات عكسية ثاني كبريتيد عبر ربط
Summary
To deliver cancer drugs to tumor sites with high specificity and reduced side effects, new methods based on nanoparticles are required. Here, we describe disulfide cross-linked micelles that can be easily prepared by hydrogen peroxide-mediated oxidation and are able to dissociate efficiently under a reducing tumor environment to release payloads.
Abstract
النانوي هو شكل من اشكال الناشئة من العلاج الذي يسخر خصائص فريدة من نوعها من الجزيئات التي تكون نانومتر في نطاق لتطبيق الطب الحيوي. تحسين تسليم المخدرات لتحقيق أقصى قدر من النتائج العلاجية وللحد من الآثار الجانبية المرتبطة بالمخدرات هي بعض من الأركان الأساسية للالنانوي الوقت الحاضر. وقد وجدت النانوية على وجه الخصوص تطبيق نطاق واسع في علاج السرطان. ومن المتوقع أن تكون أكثر فعالية مع الترجمة السريعة في الممارسة السريرية النانوية التي توفر درجة عالية من المرونة في التصميم، والتطبيق، والإنتاج على أساس المكروية الورم. والبوليمر micellar نانو الناقل هو خيار شعبي للتطبيقات تسليم المخدرات.
في هذه المقالة، نحن تصف بروتوكول بسيطة وفعالة لتوليف، المذيلات عبر ربط ثاني كبريتيد محملة المخدرات على أساس التجميع الذاتي من البوليمرات واضحة المعالم محبة للجهتين الخطية شجيري (telodendrimer، TD). يتكون TD من جي البولي ايثيلينycol (PEG) باعتبارها جزء ماء ومجموعة حمض الكوليك thiolated باسم مسعور شاردة تدريجي المرفقة تشكيل نواة لPEG منتهية أمين باستخدام الحل القائم على الكيمياء الببتيد. أدوية العلاج الكيميائي، مثل باكليتاكسيل (PTX)، يمكن تحميل باستخدام طريقة تبخر المذيبات القياسية. وقد استخدمت أكسدة بوساطة O 2 سابقا لتشكيل داخل micellar ثاني كبريتيد عبر وصلات من جماعات ثيول الحرة على المواد الصلبة الذائبة. ومع ذلك، كان رد فعل بطيئة وغير مجدية للإنتاج على نطاق واسع. مؤخرا، تم استكشاف طريقة أكسدة H 2 O 2 بوساطة كنهج أكثر جدوى وكفاءة، وكان 96 مرات أسرع من الطريقة ذكرت سابقا. باستخدام هذا النهج، وقد تم إنتاج 50 غرام من تحميل PTX، النانوية عبر ربط ثاني كبريتيد بنجاح مع توزيع حجم الجسيمات ضيقة وعالية الكفاءة المخدرات التحميل. وحلل استقرار الحل مذيلة الناتجة باستخدام الظروف تعطيل مثل زملاء الحضانة ثإيث كبريتات دوديسيل المنظفات، والصوديوم، مع أو بدون عامل مختزل. أظهرت، ثاني كبريتيد المذيلات عبر ربط محملة المخدرات قلة النشاط الانحلالي بالمقارنة مع نظرائهم غير عبر ربط.
Introduction
تكنولوجيا النانو هو حقل الناشئة سريعة استفاد عدد من المجالات الحيوية الطبية 1. توفر النانوية الفرص لتصميم وضبط الخصائص التي هي غير مجدية مع أنواع أخرى من العلاجات التقليدية. حاملات نانو تعزيز الاستقرار الأدوية المضادة للتحلل، وإطالة المخدرات وقت التداول، التغلب على القضايا الذوبان المخدرات، ويمكن أن يكون على ما يرام ضبطها لتسليم المخدرات المستهدفة ومقابل تقديم المشارك وكلاء التصوير 1،2. نظم تسليم القائمة على جسيمات متناهية الصغر يبشر في التصوير السرطان وعلاجه. vasculatures الورم هي تتسرب إلى الجزيئات ويمكن أن يؤدي إلى تراكم تفضيلي لتعميم النانوية في مواقع الورم عن طريق نفاذية تعزيز والاستبقاء (EPR) تأثير 3. ومن بين عدة حاملات نانو (على سبيل المثال، الجسيمات الشحمية، الهلاميات المائية، والمذيلات البوليمر) التي يجري العمل بنشاط كحاملات للأدوية المضادة للسرطان، اكتسبت المذيلات البوليمرية شعبية واسعة على مدى عشرالبريد العقد الماضي 4،5.
المذيلات البوليمرية هي نظام الحرارية التي، على الحقن الوريدي، يمكن أن يحتمل أن تضعف تحت تركيز مذيلة الحرج (CMC)، مما يؤدي إلى التفكك بهم إلى unimers. وقد استخدمت استراتيجيات عبر ربط للحد من التفكك micellar إلى unimers. ومع ذلك، المذيلات استقرت بشكل مفرط قد تمنع المخدرات من الإفراج في المواقع المستهدفة، مما يقلل من الكفاءة العلاجية الشاملة. تم استكشاف العديد من الطرق الكيميائية لجعل عبر ربط تحلل ردا على الأكسدة أو للمؤثرات الخارجية، مثل السندات ثاني كبريتيد اختزال 6،7 ودرجة الحموضة شطورة 8 أو استر hydrolysable السندات 9،10.
لقد ذكرت سابقا تصميم وتركيب الجسيمات النانوية micellar تتكون من حمض الكوليك شجيري (CA) كتل وجلايكول خطي البولي ايثيلين (PEG) بوليمرات، ويشار إلى telodendrimers (TD) 11-15 </سوب>. وتتمثل هذه المواد الصلبة الذائبة كما PEG NK -CAy (حيث n = الوزن الجزيئي في kilodaltons (K)، ص = عدد من حامض الكوليك (CA) وحدة). فهي تتميز بصغر حجمها، صلاحية طويلة، وكفاءة عالية في المخدرات التغليف مثل باكليتاكسيل (PTX) ودوكسوروبيسين (DOX) في قلب مسعور. لبنات بناء TD، مثل PEG، ليسين، وكاليفورنيا، وحيويا، وجود الهالة PEG يمكن أن تضفي "الشبح" الطابع جسيمات متناهية الصغر، ومنع امتصاص غير محدد من الجسيمات النانوية micellar من قبل أنظمة شبكية بطانية.
يمكن بسهولة Thiolated البوليمرات الخطية شجيري أن تتولد عن طريق إدخال cysteines في العمود الفقري، بنسبة ضئيلة يسين شجيري من المواد الصلبة الذائبة لدينا معيار. تقدم هذه المقالة بروتوكول سطحي لإنتاج micellar نظام تسليم المخدرات عبر ربط عكسية عن طريق إدخال ثاني كبريتيد الروابط عبر في صلب مسعور من المواد الصلبة الذائبة (الشكل 1).
Protocol
Representative Results
Discussion
وقد تم التحقيق في عدة النانوية لاحتمال استخدامها في توصيل الدواء. -loaded دوكسوروبيسين Liposomal وباكليتاكسيل (PTX) الإنسان ألبومين المصل نانو المجاميع هي من بين nanotherapeutics التي وافقت عليها ادارة الاغذية والعقاقير لعلاج السرطان. ومع ذلك، على الرغم من فعالية سريريا، كل من هذه nan…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors thank Ms.Alisha Knudson for the editorial help. They would also like to acknowledge the financial support from the NIH/NCI (3R01CA115483, to K.S.L.), the DoD PRMRP Award (W81XWH-13-1-0490, to K.S.L.), the NIH/NCI (1R01CA199668, to Y.L.), and the NIH/NICHD (1R01HD086195, to Y.L.).
Materials
| MeO-PEG5K-NH2 | Rapp Polymere | 125000-2 | |
| Fmoc-Lys(Fmoc)-OH | Aaptec | AFK107 | |
| Fmoc-Lys(Boc)-OH | Anaspec | AS-20132 | |
| Fmoc-Cys(Trt)-OH | Aapptec | AAC105 | |
| Dimethylformamide | Fisher Scientific | BP1160-4 | |
| Ethyl ether | Fisher Scientific | E134-20 | |
| N,N-Diisopropylethylamine | Sigma Aldrich | D125806 | |
| Trifluoroacetic acid | Sigma Aldrich | T6508 | Corrosive, handle with care |
| 4-methyl piperidine | Alfa-Aesar | L-02709 | |
| Ebes linker | Anaspec | AS-61924 | |
| Cholic acid | Sigma Aldrich | C1129 | |
| 1,2-Ethanedithiol | Sigma Aldrich | 02390 | Handle inside fume hood. Bleach gloves after usage |
| Triisopropylsilane | Sigma Aldrich | 233781 | |
| Chloroform (anhydrous) | Sigma Aldrich | 288306 | |
| Hydrogen peroxide solution 30% | Aaron Industries | NA | |
| HoBt-Cl | Aaptec | CXZ096 | |
| DIC | Sigma Aldrich | D125407 | |
| Female athymic nude mice (Nu/Nu strain), 6–8 weeks age | Harlan (Livermore, CA) | ||
References
- Zhang, L., et al. Nanoparticles in medicine: therapeutic applications and developments. Clin. Pharmacol. Ther. 83, 761-769 (2008).
- Wang, A. Z., Langer, R., Farokhzad, O. C. Nanoparticle Delivery of Cancer Drugs. Annu. Rev. Med. 63, 185-198 (2012).
- Iyer, A. K., Khaled, G., Fang, J., Maeda, H. Exploiting the enhanced permeability and retention effect for tumor targeting. Drug Disc. Today Targets. 11, 812-818 (2006).
- Morachis, J. M., Mahmoud, E. A., Almutairi, A. Physical and chemical strategies for therapeutic delivery by using polymeric nanoparticles. Pharmacol. Rev. 64, 505-519 (2012).
- Kamaly, N., Xiao, Z., Valencia, P. M., Radovic-Moreno, A. F., Farokhzad, O. C. Targeted polymeric therapeutic nanoparticles: design, development and clinical translation. Chem. Soc. Rev. 41, 2971-3010 (2012).
- Li, Y. L., et al. Reversibly stabilized multifunctional dextran nanoparticles efficiently deliver doxorubicin into the nuclei of cancer cells. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 48, 9914-9918 (2009).
- Miyata, K., et al. Block catiomer polyplexes with regulated densities of charge and disulfide cross-linking directed to enhance gene expression. J. Am. Chem. Soc. 126, 2355-2361 (2004).
- Chan, Y., Wong, T., Byrne, F., Kavallaris, M., Bulmus, V. Acid-labile core cross-linked micelles for pH-triggered release of antitumor drugs. Biomacromolecules. 9, 1826-1836 (2008).
- Rijcken, C. J., Snel, C. J., Schiffelers, R. M., van Nostrum, C. F., Hennink, W. E. Hydrolysable core-crosslinked thermosensitive polymeric micelles: synthesis, characterisation and in vivo studies. Biomaterials. 28, 5581-5593 (2007).
- Talelli, M., et al. Core-crosslinked polymeric micelles with controlled release of covalently entrapped doxorubicin. Biomaterials. 31, 7797-7804 (2010).
- Xiao, K., et al. A self-assembling nanoparticle for paclitaxel delivery in ovarian cancer. Biomaterials. 30, 6006-6016 (2009).
- Li, Y., et al. A novel size-tunable nanocarrier system for targeted anticancer drug delivery. J. Control. Release. 144, 314-323 (2010).
- Li, Y., et al. Well-defined, reversible disulfide cross-linked micelles for on-demand paclitaxel delivery. Biomaterials. 32, 6633-6645 (2011).
- Li, Y., et al. Well-defined, reversible boronate crosslinked nanocarriers for targeted drug delivery in response to acidic pH values and cis-diols. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 51, 2864-2869 (2012).
- Li, Y., et al. A smart and versatile theranostic nanomedicine platform based on nanoporphyrin. Nat. Commun. 5, (2014).
- Belenki, B. G., Gankina, E. S. Thin-Layer chromatography of polymers. J. Chromatogr. A. 141, 13-90 (1977).
- Kaiser, E., Colescott, R. L., Bossinger, C. D., Cook, P. I. Color test for detection of free terminal amino groups in the solid-phase synthesis of peptides. Anal. Biochem. 34, 595-598 (1970).
- Pandey, P. S., Rai, R., Singh, R. B. Synthesis of cholic acid-based molecular receptors: head-to-head cholaphanes. J. Chem. Soc., Perkin Trans 1. , 918-923 (2002).
- Riddles, P. W., Blakeley, R. L., Zerner, B. Reassessment of Ellman’s reagent. Methods Enzymol. 91, 49-60 (1983).
- Ahuja, S., Rasmussen, H. Overview of HPLC method development for pharmaceuticals. HPLC Method Development for Pharmaceuticals. , 1-11 (2007).
- Li, Y., Pan, S., Zhang, W., Du, Z. Novel thermo-sensitive core-shell nanoparticles for targeted paclitaxel delivery. Nanotechnology. 20 (6), 065104 (2009).
- Kato, J., et al. Disulfide cross-linked micelles for the targeted delivery of vincristine to B-cell lymphoma. Mol. Pharm. 9, 1727-1735 (2012).
- Lu, S. C. Regulation of glutathione synthesis. Mol. Aspects Med. 30, 42-59 (2009).
- Xiao, K., et al. “OA02” peptide facilitates the precise targeting of paclitaxel-loaded micellar nanoparticles to ovarian cancer in vivo. Cancer Res. 72, 2100-2110 (2012).
- Koo, A. N., et al. Disulfide-cross-linked PEG-poly(amino acid)s copolymer micelles for glutathione-mediated intracellular drug delivery. Chem. Commun. 28, 6570-6572 (2008).
- McLellan, L. I., Wolf, C. R. Glutathione and glutathione-dependent enzymes in cancer drug resistance. Drug. Resist. Update. 2, 153-164 (1999).
- Karala, A. R., Lappi, A. K., Saaranen, M. J., Ruddock, L. W. Efficient peroxide-mediated oxidative refolding of a protein at physiological pH and implications for oxidative folding in the endoplasmic reticulum. Antioxid. Redox Signal. 11, 963-970 (2009).
- Gabizon, A., et al. Cancer nanomedicines: closing the translational gap. Lancet. 384, 2175-2176 (2014).
