Un enfoque Facile y eficiente para la producción de micelas reticuladas reversible disulfuro
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
Nanomedicina es una forma emergente de la terapia que aprovecha las propiedades únicas de las partículas que son nanómetros de escala para la aplicación biomédica. La mejora de la administración de fármacos para maximizar los resultados terapéuticos y reducir los efectos secundarios asociados con las drogas son algunos de los pilares de la actual nanomedicina. Las nanopartículas en particular, han encontrado una amplia aplicación en el tratamiento del cáncer. Las nanopartículas que ofrecen un alto grado de flexibilidad en el diseño, la aplicación y la producción basada en el microambiente tumoral se prevé que sea más eficaz con la traducción rápida en la práctica clínica. El micelar nano-vehículo polimérico es una opción popular para aplicaciones de administración de fármacos.
En este artículo, se describe un protocolo simple y eficaz para la síntesis de micelas reticuladas cargados con el fármaco, disulfuro sobre la base de la auto-ensamblaje de un copolímero anfífilo bien definido lineal-dendrítica (telodendrimer, TD). TD se compone de polietileno glycol (PEG) como el segmento hidrófilo y un grupo ácido cólico tiolado como el resto hidrófobo unido por etapas de formación del núcleo a un PEG terminado en amina utilizando la química de péptidos a base de solución. Los medicamentos de quimioterapia, tales como paclitaxel (PTX), se pueden cargar utilizando un método de evaporación de disolvente estándar. La oxidación mediada por O2 se utilizó previamente para formar disulfuro intra-micelares entrecruzamientos de los grupos tiol libres en los TD. Sin embargo, la reacción era lenta y no es factible para la producción a gran escala. Recientemente, un método de oxidación de H 2 O 2 mediada fue explorada como un enfoque más viable y eficiente, y fue 96 veces más rápido que el método se informó anteriormente. Usando este enfoque, 50 g de nanopartículas reticuladas cargadas con PTX, disulfuro se han producido con éxito con la distribución del tamaño de partícula estrecha y la eficiencia alta carga de fármaco. La estabilidad de la solución de micela resultante se analiza usando condiciones de alteración tales como co-incubación wITH un detergente dodecil sulfato, sodio, con o sin un agente reductor. Los, micelas reticuladas disulfuro cargadas con fármaco mostraron menos actividad hemolítica en comparación con sus contrapartes de no reticulados.
Introduction
La nanotecnología es un campo de rápido emergente que ha beneficiado a un número de áreas biomédicas 1. Las nanopartículas ofrecen oportunidades para el diseño y puesta a punto propiedades que no son factibles con otros tipos de terapias convencionales. Nano-portadoras mejoran la estabilidad de los medicamentos contra la biodegradación, prolongar el tiempo de circulación de drogas, superar los problemas de solubilidad de drogas, y pueden ser puesto a punto para la administración dirigida de fármacos y agentes de imagen para co-entrega de 1,2. sistemas de entrega basados en nanopartículas son prometedores en formación de imágenes y tratamiento del cáncer. Vasculaturas de tumores son fugas a macromoléculas y pueden conducir a la acumulación preferencial de circulación de las nanopartículas en los sitios del tumor a través de la permeabilidad mejorada y retención (EPR) efecto 3. Entre los varios nano-portadores (por ejemplo, liposomas, hidrogeles, y micelas poliméricas) que se persiguen activamente como vehículos para fármacos contra el cáncer, micelas poliméricas han ganado una amplia popularidad en THe última década 4,5.
Las micelas poliméricas son un sistema termodinámico que, en la administración intravenosa, potencialmente puede ser diluido por debajo de la concentración micelar crítica (CMC), que conduce a su disociación en unimers. Se han empleado estrategias de reticulación para minimizar la disociación micelar en unimers. Sin embargo, las micelas excesivamente estabilizadas pueden impedir que el medicamento de liberación en los sitios diana, lo que reduce la eficacia terapéutica global. Varios enfoques químicos se han explorado para hacer que el reticulante degradable en respuesta a redox o a los estímulos externos, tales como enlaces disulfuro reducibles 6,7 y pH escindible 8 o éster hidrolizable bonos 9,10.
Hemos informado anteriormente el diseño y síntesis de las nanopartículas micelares consiste en ácido cólico dendríticas (CA) bloques y polietilenglicol (PEG) lineal copolímeros, referido como telodendrimers (TD) 11-15 </sup>. Estas anotaciones se representan como PEG nK -CAy (donde n = peso molecular en kilodaltons (K), y = número de ácido cólico (CA) unidades). Se caracterizan por su pequeño tamaño, larga vida útil, y alta eficiencia de encapsulación de drogas tales como paclitaxel (PTX) y la doxorrubicina (DOX) en el núcleo hidrofóbico. Los bloques de construcción de TD, tales como PEG, lisina, y CA, son biocompatibles, y la presencia de una corona PEG pueden impartir un carácter de nanopartículas "stealth", la prevención de la absorción no específica de las nanopartículas micelares por los sistemas reticuloendoteliales.
polímeros lineales dendríticas tiolada pueden ser fácilmente generados mediante la introducción de cisteínas en la cadena principal oligo-lisina dendríticas de nuestra TDs estándar. Este artículo presenta un protocolo fácil para la producción de un sistema de suministro de fármaco micelar reversiblemente reticulado mediante la introducción de disulfuro enlaces cruzados en el núcleo hidrofóbico de anotaciones (Figura 1).
Protocol
Representative Results
Discussion
Varios nanopartículas han sido investigados para su uso potencial en la administración de fármacos. doxorrubicina liposomal y paclitaxel (PTX) RESORTE humanos albúmina sérica nano-agregados son algunos de los nanotherapeutics aprobados por la FDA para el tratamiento del cáncer. Sin embargo, aunque clínicamente eficaz, tanto de estos nanotherapeutics son relativamente "grandes" en tamaño, y que tienden a acumularse en el hígado y los pulmones. Las micelas poliméricas con tamaños de partículas de men…
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) | ||
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