We report on a smart application of carbon nanotubes for kinetic stabilization of lipid particles that contain self-assembled nanostructures in their cores. The preparation of lipid particles requires rather low concentrations of carbon nanotubes permitting their use in biomedical applications such as drug delivery.
Мы представляем легкое способ получения наноструктурированных липидные частицы, стабилизированные углеродных нанотрубок (УНТ). Однослойных (нетронутой) и многослойные (функционализированные) УНТ используются в качестве стабилизаторов для получения масла-в-воде (O / W) эмульсии типа Пикеринг. Липиды именно Dimodan U и Фитантриол используются в качестве эмульгаторов, которые в избытке воды самособираются в биконтинуальной кубический Pn3m фазе. Это очень вязкий фаза раздроблена на мелкие частицы с помощью зонда ультразвукового дезинтегратора в присутствии обычных стабилизаторов поверхностно или УНТ, как это сделано здесь. Первоначально, углеродные нанотрубки (порошок форма) диспергируют в воде с последующим дальнейшим ультразвуком с расплавленным липидов с образованием конечной эмульсии. В ходе этого процесса углеродные нанотрубки получают покрытые липидных молекул, которые, в свою очередь, как предполагается, чтобы окружить липидные капли с образованием эмульсии частиц, который является стабильным в течение нескольких месяцев. Средний размер CNT-стабилизированных наноструктурных частиц липидов находится в субмикронного гАнж, которая сравнивается хорошо с частицами стабилизировалась, используя обычные поверхностно-активные вещества. Малый угол данных рентгеновского рассеяния подтверждает сохранение первоначального Pn3m кубической фазы в CNT-стабилизированных липидных дисперсий по сравнению с чистым липидной фазе (объемное состояние). Голубой сдвиг и понижение интенсивности в характеристике G и G 'полос УНТ, наблюдаемых в спектроскопии комбинационного рассеяния характеризуют взаимодействие между поверхностными и липидных молекул УНТ. Эти результаты свидетельствуют о том, что взаимодействие между УНТ и липидов несут ответственность за их взаимного стабилизации в водных растворах. Как концентрации нанотрубок, используемых для стабилизации очень низки и липидные молекулы способны функционализации УНТ, токсичность углеродных нанотрубок, как ожидается, будет незначительным, а их биосовместимость значительно усиливается. Таким образом, настоящее подход находит большой потенциал в различных биомедицинских применений, например, для разработки гибридных систем nanocarrier для доставки месколько функциональные молекулы как в комбинированной терапии или политерапии.
За последние несколько десятилетий, нанотехнологии стала мощным инструментом, особенно в области доклинической разработки лекарств для борьбы с пресловутые заболеваний, таких как рак 1. В этом контексте, наноразмерные структуры с размером <1,000 нм широко изучены в качестве средства доставки различных активных биомолекул, таких как лекарственные средства, белки, нуклеиновые кислоты, гены и диагностических визуализирующих агентов 1-4. Эти биомолекулы либо инкапсулировать в наночастицы или конъюгированы на поверхность наночастиц и высвобождаются в месте действия через триггеры, таких как рН или температуры 5,6. Хотя чрезвычайно малы по размеру, большая площадь поверхности этих наночастиц оказывается значительно выгоднее для направленной доставки активных биомолекул. Контроль за размером частиц и биосовместимости имеет первостепенное значение для того, чтобы оптимизировать терапевтическую эффективность, а следовательно, применимость наночастиц 7,8.Липиды 9-13, полимеры, металлы 14,15 16,17 и углеродных нанотрубок 18,19 были широко использованы в качестве наноносителей для различных биомедицинских и фармацевтических применений.
Кроме того, nanocarrier приложения, основанные на липидных самоорганизующихся наноструктур имеют широкий смысл во многих других областях, включая пищевой и косметической промышленности 20,21. Например, они используются в кристаллизации белков 22, разделения биомолекул 23, в качестве пищевых стабилизаторов например, в десертах 24, и в доставке активных молекул, таких как питательные вещества, ароматизаторы и отдушки 25-31. Самоорганизующиеся липидные наноструктуры не только способностью высвобождать биоактивных молекул в контролируемой и целенаправленно 32-38, но они также способны защитить функциональные молекулы из химической и ферментативной деградации 39,40. Хотя плоская двухслойная жидкость является самым коммна наноструктуры, сформированной путем амфифильных молекул липидов в присутствии воды, другие структуры, такие как гексагональной и кубической также обычно наблюдается 20,41,42. Тип наноструктуры сформированы зависеть от структуры молекулярной формы липидов », состав липидов в воде, а также на физико-химических условий, используемых таких как температура и давление 43. Применимость неплоских липидных наноструктур особенно кубических фаз, ограничено из-за их высокой вязкости и консистенции неоднородного домена. Эти проблемы преодолены путем диспергирования липидных наноструктур в большом количестве воды, чтобы образовывать эмульсии, содержащие микрон или липидные частицы субмикронного размера масло-в-воде (O / W). Таким образом, подходящая продукт с низкой вязкостью могут быть получены, сохраняя первоначальный липидный самоорганизующуюся структуру внутри диспергированных частиц. Формирование этих внутренних самоформирующихся частиц (сокращенно ISAsomes 44 </sup> Например, cubosomes из кубических фаз и hexosomes из гексагональных фаз) обычно требует комбинации стадии входного высоких энергий и добавлением стабилизаторов, таких как поверхностно-активные вещества или полимеров. Недавние исследования в этом направлении демонстрирует применение различных твердых частиц 45 в том числе наночастиц из диоксида кремния 46, глины 47-49 и углеродные нанотрубки 50 для стабилизации вышеуказанных эмульсий, соответственно, называемых также Pickering 51 или Рамсден-эмульсий Пикеринга 52.
В последние годы на основе углерода наноструктур, таких как однослойных углеродных нанотрубок (ОУНТ), многослойные углеродные нанотрубки (МУНТ) и фуллерены получили большое внимание в качестве новых биоматериалов 53,54. Основными проблемами являются их токсичность 55-58, нерастворимость в воде 59 и, следовательно, их биосовместимость 56. Эффективный способ решения этих вопросов является функция поверхностьзация использованием нетоксичных и биосовместимых молекулы, такие как липиды. В присутствии воды, липиды взаимодействовать с нанотрубок таким образом, что гидрофобная поверхность нанотрубок защищена от полярного водной среде, тогда как липидные гидрофильные головные группы помочь их растворимость или диспергирование в воде 60,61. Липиды являются неотъемлемыми компонентами клеточных органелл, а также некоторых пищевых материалов, поэтому их украшения в идеале должны снижать токсичность в естественных условиях нанотрубок. Биомедицинские приложения, основанные независимо от УНТ 18,19 и липидных наноструктур 9-13 находятся под экстенсивного развития, но приложения, которые сочетают в себе свойства двух еще не хорошо изучены.
В этой работе, мы используем два разных типа липидов и три типа УНТ из которых ОУНТ в нетронутом виде, тогда как МСУНТ функционализируют гидроксилом и карбоксильными группами. Мы использовали очень низкие концентрации нанотрубок подготовить дисперсий, чьиСтабильность зависит от нескольких факторов, например, от типа липида, типа УНТ, отношение липида к CNT используется, а также от параметров обработки ультразвуком в частности связанных с мощности и длительности. Это видео протокол обеспечивает технические детали метода кинетически стабилизации наночастиц липидов, используя различные CNT-стабилизаторы.
Стабилизация липидных частиц
Три различных углеродных нанотрубок используются для стабилизации липидных дисперсий; два из которых являются многослойные и функционализированный использованием -ОН и карбоксильных групп, и одна единая стенками и не функционализированные…
The authors have nothing to disclose.
Мы хотели бы поблагодарить д-ра Мэтью Дж Бейкер, теперь в университете Стратклайд, Глазго за поддержку с экспериментами комбинационных и г.Ником Гонта за его предыдущей работы этого проекта.
Dimodan U | Danisco | 15312 | Store at 4°C, Non-hazardous. Irritant to eyes and skin |
Phytantriol (> 95%, GC) | TCI Europe N.V. | P1674 | Store at 4°C, Non-hazardous. Irritant to eyes and skin |
Single walled Carbon Nanotubes (90%) | Nanostructured & Amorphous Materials, Inc. | 1246YJS | Store at room temperature. Away from direct light. Irritating to eyes, skin and respiratory system |
Multi-walled carboxylic acid functionalised Carbon Nanotubes (> 80% Caron basis, > 8% carboxylic acid functionalized) | Sigma-Aldrich Co. LLC | 755125 | Store at room temperature. Away from direct light. Causes serious eye irritation. May cause respiratory irritation |
Graphitized Multi-walled hydroxy functionalised Carbon Nanotubes (99.9%) | Nanostructured & Amorphous Materials, Inc. (NanoAmor) | 1224YJF | Store at room temperature. Away from direct light. Irritating to eyes, skin and respiratory system |
Pluronic F127 | Sigma-Aldrich Co. LLC | P2443 | BioReagent, suitable for cell culture. Not a hazardous substance or mixture. Store at room temperature. |
Acetone (99.5%) | Fisher Scientific | 10134100 | Highly flammable liquid. Causes serious eye irritation. May cause drowsiness or dizziness |
Scintillation Vial | VWR International Ltd | 548‐0704 | Soda‐lime glass vial with low background count Fitted with foil lined urea cap, 20 ml |
Jars with loose, enfolding lids (375ml) | VWR International Ltd | 216-3308 | |
Beaker , 1000mL | Fisher Scientific | 12942161 | heavy duty, low form, with spout and graduations |
Pasteur glass pipette (150 mm length) with latex bulb | Fisher Scientific | 10006021 | |
Microcentrifuge tube conical snap cap 1.5mL | Fisher Scientific | 11558232 | |
Spatula | Fisher Scientific | 11352204 | |
Heating magnetic stirrer | Fisher Scientific | 11715704 | |
Magnetic stirrer bars (cylindrical, opaque PTFE, 30mm x 7mm (l x diameter)) | Fisher Scientific | 10011792 | |
Needle (0.9 mm x 40 mm cannula length) | Terumo UK Ltd | MN-2038MQ | |
Retort Stand Set – With stand, clamp, base, rod, rubber 3 jaw and bosshead | Camlab Ltd, UK | 1177157 | |
Millipore water equipment | Barnstead Nanopure, Thermoscientific, USA | ||
Progen Genfuge 24D Digital Microcentrifuge | Progen Scientific | C-2400 | |
Probe ultra-sonicator, with 13 mm | SONICS, Vibracell, USA | ||
5MP camera with auto-focus and LED flash | Samsung Galaxy Fame Mobile camera | ||
Raman Spectrometer | Horiba Jobin-Yvon LabRAM HR800 spectrometer | ||
Mastersizer 3000 | Malvern Instruments Ltd, Malvern, United Kingdom | ||
Small angle X-ray scattering (SAXS) | SAXSpace camera (Anton Paar, Graz, Austria), X-ray generating equipment (ISO-DEBYEFLEX3003, GE Inspection Technologies GmbH), closed water circuit (Chilly 35, HYFRA, Germany). |