Anionique Polymérisation d'un copolymère amphiphile pour la préparation du copolymère bloc micelles Stabilisé par π-tc Interactions Stacking
Summary
Les principales étapes de polymérisation anionique vivante de l' éther glycidylique de phényle (PheGE) sur méthoxy-polyéthylène glycol (mPEG b -PPheGE) sont décrits. Les micelles de copolymère séquence résultant (SMCA) ont été chargés de doxorubicine 14% (% en poids) et une libération prolongée du médicament pendant 4 jours dans des conditions physiologiquement pertinentes ont été obtenus.
Abstract
Dans cette étude, un copolymère amphiphile comprenant un bloc de formation de noyau avec des groupes phényle a été synthétisé par polymérisation anionique vivante d'éther glycidylique de phényle (PheGE) le méthoxy-polyéthylène glycol (mPEG b -PPheGE). Caractérisation du copolymère a révélé une distribution moléculaire étroite (PDI <1,03) et a confirmé le degré de polymérisation de mPEG 122 – b – (PheGE) 15. La concentration micellaire critique du copolymère a été évaluée en utilisant une méthode de fluorescence établie avec le comportement d'agrégation évaluée par diffusion dynamique de la lumière et microscopie électronique à transmission. Le potentiel du copolymère pour une utilisation dans des applications d'administration de médicaments a été évalué de façon préliminaire , y compris in vitro biocompatibilité, le chargement et la libération du médicament anticancéreux doxorubicine hydrophobe (DOX). Une formulation micellaire stable de DOX a été préparé avec des niveaux stupéfiants de chargement jusqu'à 14% (% en poids), la charge de médicament efficiEncies> 60% (p / p) et la libération prolongée du médicament pendant 4 jours dans des conditions physiologiquement pertinentes (pH acide et neutre, la présence d'albumine). Le niveau de charge élevée de la drogue et la libération prolongée est attribuée à la stabilisation des interactions tc-π entre DOX et le bloc de formation de noyau des micelles.
Introduction
En milieu aqueux, les copolymères à blocs amphiphiles se réunissent pour former des micelles de copolymères à blocs de taille nanométrique (SMCA) qui se composent d'un noyau hydrophobe entouré d'une enveloppe hydrophile ou couronne. Le noyau micellaire peut servir de réservoir pour l'incorporation de médicaments hydrophobes; tandis que la couronne hydrophile fournit une interface entre le noyau et le milieu extérieur. Le poly (éthylène glycol) (PEG) et ses dérivés sont l' une des plus importantes classes de polymères et l' un des plus largement utilisés dans la formulation des médicaments. 1-3 BCMs se sont révélés être une plate – forme de délivrance de médicament digne avec plusieurs formulations reposant sur ce la technologie actuellement en développement clinique de stade tardif. 4 le plus souvent, le bloc hydrophobe du copolymère est constitué par la polycaprolactone, le poly (D, l-lactide), le poly (oxyde de propylène) ou le poly (β-benzyl-l-aspartate). 5 -9
Le groupe de Kataoka étudié micelles sphériques formés à partir de PEO b </em> -PBLA Et de poly (oxyde d'éthylène) – b -. (Doxorubicine conjuguée à l' acide aspartique) pour la livraison de la doxorubicine (DOX) 10,11 Dans leurs rapports, ils ont mis en avant que les interactions π-tc entre le médicament conjugué à un polymère ou PBLA et sans DOX agir pour stabiliser le noyau micellaire entraînant une augmentation de la charge de médicament et de rétention. Il est établi que la compatibilité ou des interactions entre un médicament et le bloc formant noyau sont des déterminants de paramètres de performance liés à clé 12 En plus de la DOX. Un certain nombre de traitements anti – cancéreux comprennent des cycles aromatiques dans leur structure de base (par exemple, le methotrexate, olaparib, SN -38).
En conséquence, il existe un intérêt considérable dans la synthèse de copolymères qui comprennent des cycles de benzyle dans les blocs formant noyau. Polymérisation par ouverture de cycle Anionique de PEG et ses dérivés permettent le contrôle de la masse moléculaire et le résultat dans les matériaux de faible polydispersité avec un bon rendement. 13,14 Ethyleoxyde de ne avec de l' éther glycidylique de phényle (PheGE) ou d' oxyde de styrène (SO) peut être (co) polymérisé pour former des copolymères à blocs qui forment des micelles pour la solubilisation des médicaments hydrophobes. 15-18 Le présent rapport décrit les étapes nécessaires à la polymérisation anionique vivante de phényle l' éther glycidylique monomère sur le mPEG-OH en tant que macroinitiateur (figure 1). Le copolymère séquence résultant et ses agrégats sont ensuite caractérisés en termes de propriétés de la pertinence à utiliser dans l'administration de médicaments.
Protocol
Representative Results
Discussion
En raison de la bonne maîtrise que la polymérisation anionique fournit plus de poids moléculaire, il est l'un des processus les plus appliqués dans l'industrie pour la préparation de polymères à base de monomères oxirane (PEG et PPG). des conditions optimales et rigoureuses doivent être utilisées avec succès pour la polymérisation à atteindre. purification rigoureuse de tous les réactifs et appareils appropriés sont essentiels pour le caractère vivant de la synthèse. Limitations de la configurat…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
CA acknowledges a Discovery grant from the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada. CA acknowledges a Chair in Pharmaceutics and Drug Delivery from GSK. The authors declare no competing financial interest.
Materials
| DMEM/HAMF12 | Gibco, Life Technologies | 12500 | Supplemented with 10%FBS. Warm in 37 °C water bath |
|||||
| Trypsin-EDTA(0.25%) | Sigma-Aldrich | T4049 | Warm in 37 °C water bath | |||||
| Fetal bovine serum (FBS) | Sigma-Aldrich | F1051 | Canada origin | |||||
| MDA-MB-468 cell line | ATCC | HTB-132 | ||||||
| MTS tetrazolium reagent | PROMEGA | G111B | ||||||
| Phenazine ethosulfate (PES) | Sigma-Aldrich | P4544 | >95% | |||||
| mPEG5K (Mn 5400 g/mol) | Sigma-Aldrich | 81323 | PDI=1.02 | |||||
| Dimethylsolfoxide (DMSO) | Sigma-Aldrich | D4540 | >99.5% | |||||
| Naphthalene | Sigma-Aldrich | 147141 | >99% | |||||
| Phenyl glycidyl ether | Sigma-Aldrich | A32608 | >85% | |||||
| Benzophenone | Sigma-Aldrich | 427551 | >99% | |||||
| Potassium | Sigma-Aldrich | 451096 | >98% | |||||
| Tetrahydrofuran | Caledon Laboratory Chemicals | 8900 1 | ACS | |||||
| Hexane | Caledon Laboratory Chemicals | 5500 1 | ACS | |||||
| Calcium hydride (CaH2) | ACP | C-0460 | >99.5% | |||||
| Diethyl Ether | Caledon Laboratory Chemicals | 1/10/4800 | ACS | |||||
| Microplate reader | BioTek Instruments | |||||||
| Differential scanning calorimetry (DSC) | TA Instruments Inc | DSC Q100 | ||||||
| Gel permeation chromatography (GPC) | Waters | 2695 separation moldule / 2414 detector | 2 Columns: Agilent Plgel 5µm Mixed-D | |||||
| NMR spectroscopy | Varian Mercury 400MHz | |||||||
| Chloroform-d | Sigma-Aldrich | 151858 | 99.96% | |||||
| DMSO-d | Sigma-Aldrich | 156914 | 99.96% | |||||
| Vaccum pump | Gardner Denver Welch Vacuum Tech, Inc. | Ultimate pressure 1.10-4 torr | ||||||
| Drierit with indicator, 8 mesh | Sigma-Aldrich | 238988 | Regenerated at 230°C for 2 hrs | |||||
Referencias
- Dickerson, T. J., Reed, N. N., Janda, K. D. Soluble Polymers as Scaffolds for Recoverable Catalysts and Reagents. Chemical Reviews. 102, 3325-3344 (2002).
- van Heerbeek, R., Kamer, P. C. J., van Leeuwen, P. W. N. M., Reek, J. N. H. Dendrimers as Support for Recoverable Catalysts and Reagents. Chemical Reviews. 102 (10), 3717-3756 (2002).
- Knop, K., Hoogenboom, R., Fischer, D., Schubert, U. S. Poly(ethylene glycol) in Drug Delivery: Pros and Cons as Well as Potential Alternatives. Angewandte Chemie International Edition. 49 (36), 6288-6308 (2010).
- Eetezadi, S., Ekdawi, S. N., Allen, C. The challenges facing block copolymer micelles for cancer therapy: In vivo barriers and clinical translation. Advanced Drug Delivery Reviews. 91, 7-22 (2015).
- Attwood, D., Booth, C., Yeates, S. G., Chaibundit, C., Ricardo, N. Block copolymers for drug solubilisation: Relative hydrophobicities of polyether and polyester micelle-core-forming blocks. International Journal of Pharmaceutics. 345 (1-2), 35-41 (2007).
- Matsumura, Y., Kataoka, K. Preclinical and clinical studies of anticancer agent-incorporating polymer micelles. Cancer Science. 100 (4), 572-579 (2009).
- Chan, A. S., Chen, C. H., Huang, C. M., Hsieh, M. F. Regulation of particle morphology of pH-dependent poly(epsilon-caprolactone)-poly(gamma-glutamic acid) micellar nanoparticles to combat breast cancer cells. Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 10 (10), 6283-6297 (2010).
- Diao, Y. Y., et al. Doxorubicin-loaded PEG-PCL copolymer micelles enhance cytotoxicity and intracellular accumulation of doxorubicin in adriamycin-resistant tumor cells. International Journal of Nanomedicine. 6, 1955-1962 (2011).
- Mikhail, A. S., Allen, C. Poly(ethylene glycol)-b-poly(ε-caprolactone) Micelles Containing Chemically Conjugated and Physically Entrapped Docetaxel: Synthesis, Characterization, and the Influence of the Drug on Micelle Morphology. Biomacromolecules. 11 (5), 1273-1280 (2010).
- Kataoka, K., Harada, A., Nagasaki, Y. Block copolymer micelles for drug delivery: design, characterization and biological significance. Advanced Drug Delivery Reviews. 47 (1), 113-131 (2001).
- Nakanishi, T., et al. Development of the polymer micelle carrier system for doxorubicin. Journal of Controlled Release. 74 (1-3), 295-302 (2001).
- Liu, J., Xiao, Y., Allen, C. Polymer-drug compatibility: A guide to the development of delivery systems for the anticancer agent, ellipticine. Journal of Pharmaceutical Sciences. 93 (1), 132-143 (2004).
- Flory, P. J. Molecular Size Distribution in Ethylene Oxide Polymers. Journal of the American Chemical Society. 62 (6), 1561-1565 (1940).
- Kazanskii, K. S., Solovyanov, A. A., Entelis, S. G. Polymerization of ethylene oxide by alkali metal-naphthalene complexes in tetrahydrofuran. European Polymer Journal. 7 (10), 1421-1433 (1971).
- Crothers, M., et al. Micellization and Gelation of Diblock Copolymers of Ethylene Oxide and Styrene Oxide in Aqueous Solution. Langmuir. 18 (22), 8685-8691 (2002).
- Taboada, P., et al. Block Copolymers of Ethylene Oxide and Phenyl Glycidyl Ether: Micellization, Gelation, and Drug Solubilization. Langmuir. 21 (12), 5263-5271 (2005).
- Taboada, P., et al. Micellization and Drug Solubilization in Aqueous Solutions of a Diblock Copolymer of Ethylene Oxide and Phenyl Glycidyl Ether. Langmuir. 22 (18), 7465-7470 (2006).
- Attwood, D., Booth, C. . Colloid Stability. , 61-78 (2010).
- Le Devedec, F., et al. Postalkylation of a Common mPEG-b-PAGE Precursor to Produce Tunable Morphologies of Spheres, Filomicelles, Disks, and Polymersomes. ACS Macro Letters. 5 (1), 128-133 (2016).
- Chtryt, V., Ulbrich, K. Conjugate of Doxorubicin with a Thermosensitive Polymer Drug Carrier. Journal of Bioactive and Compatible Polymers. 16 (6), 427-440 (2001).
- Kataoka, K., et al. Doxorubicin-loaded poly(ethylene glycol)-poly(β-benzyl-l-aspartate) copolymer micelles: their pharmaceutical characteristics and biological significance. Journal of Controlled Release. 64 (1-3), 143-153 (2000).
- Cammas, S., Matsumoto, T., Okano, T., Sakurai, Y., Kataoka, K. Design of functional polymeric micelles as site-specific drug vehicles based on poly (α-hydroxy ethylene oxide-co-β-benzyl l-aspartate) block copolymers. Materials Science and Engineering: C. 4 (4), 241-247 (1997).
- Lv, S., et al. Doxorubicin-loaded amphiphilic polypeptide-based nanoparticles as an efficient drug delivery system for cancer therapy. Acta Biomaterialia. 9 (12), 9330-9342 (2013).
- Kim, J. O., Oberoi, H. S., Desale, S., Kabanov, A. V., Bronich, T. K. Polypeptide nanogels with hydrophobic moieties in the cross-linked ionic cores: synthesis, characterization and implications for anticancer drug delivery. Journal of Drug Targeting. 21 (10), 981-993 (2013).
- Zhao, C. L., Winnik, M. A., Riess, G., Croucher, M. D. Fluorescence probe techniques used to study micelle formation in water-soluble block copolymers. Langmuir. 6 (2), 514-516 (1990).
- Wilhelm, M., et al. Poly(styrene-ethylene oxide) block copolymer micelle formation in water: a fluorescence probe study. Macromolecules. 24 (5), 1033-1040 (1991).
- Cammas, S., Kataoka, K. Functional poly[(ethylene oxide)-co-(β-benzyl-L-aspartate)] polymeric micelles: block copolymer synthesis and micelles formation. Macromolecular Chemistry and Physics. 196 (6), 1899-1905 (1995).
- Kwon, G., et al. Micelles based on AB block copolymers of poly(ethylene oxide) and poly(.beta.-benzyl L-aspartate). Langmuir. 9 (4), 945-949 (1993).
- Ahmed, F., Discher, D. E. Self-porating polymersomes of PEG-PLA and PEG-PCL: hydrolysis-triggered controlled release vesicles. Journal of Controlled Release. 96 (1), 37-53 (2004).
- Uhrig, D., Mays, J. W. Experimental techniques in high-vacuum anionic polymerization. Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry. 43 (24), 6179-6222 (2005).
- Parker, A. J. The effects of solvation on the properties of anions in dipolar aprotic solvents. Quarterly Reviews, Chemical Society. 16 (2), 163-187 (1962).
- Cram, D. J. . Fundamentals o] Carbanion Chemistry. , (1965).
- Szwarc, M. . ACS Symposium Series. 166, 1-15 (1981).
- Cho, Y. W., Lee, J., Lee, S. C., Huh, K. M., Park, K. Hydrotropic agents for study of in vitro paclitaxel release from polymeric micelles. Journal of Controlled Release. 97, 249-257 (2004).
- Dewhurst, P. F., Lovell, M. R., Jones, J. L., Richards, R. W., Webster, J. R. P. Organization of Dispersions of a Linear Diblock Copolymer of Polystyrene and Poly(ethylene oxide) at the Air−Water Interface. Macromolecules. 31 (22), 7851-7864 (1998).
- Opanasopit, P., et al. Block Copolymer Design for Camptothecin Incorporation into Polymeric Micelles for Passive Tumor Targeting. Pharmaceutical Research. 21 (11), 2001-2008 (2004).
- Allen, G., Booth, C., Price, C. VI-The physical properties of poly(epoxides). Polymer. 8, 414-418 (1967).
- Jada, A., Hurtrez, G., Siffert, B., Riess, G. Structure of polystyrene-block-poly(ethylene oxide) diblock copolymer micelles in water. Macromolecular Chemistry and Physics. 197 (11), 3697-3710 (1996).
- Attwood, D., Florence, A. T. . Surfactant systems : their chemistry, pharmacy, and biology. , (1983).
- Rekatas, C. J., et al. The effect of hydrophobe chemical structure and chain length on the solubilization of griseofulvin in aqueous micellar solutions of block copoly(oxyalkylene)s. Physical Chemistry Chemical Physics. 3 (21), 4769-4773 (2001).
