Anionische polymerisatie van een amfifiele copolymeer voor de bereiding van blokcopolymeer micellen gestabiliseerd door π-π stapelen interacties
Summary
De belangrijkste stappen van levende anionische polymerisatie van fenylglycidylether (PheGE) met methoxy-polyethyleenglycol (MPEG- -PPheGE b) worden beschreven. Het verkregen blokcopolymeer micellen (BCMS) werden beladen met doxorubicine 14% (gew%) en aanhoudende afgifte van geneesmiddel gedurende 4 dagen onder fysiologisch relevante omstandigheden werd verkregen.
Abstract
In deze studie, een amfifiel copolymeer met een kernvormende blok met fenylgroepen bevat werd gesynthetiseerd door levende anionische polymerisatie fenylglycidylether (PheGE) met methoxy-polyethyleenglycol (MPEG- b -PPheGE). Karakterisering van het copolymeer toonde een nauwe molecuulgewichtsverdeling (PDI <1,03) en bevestigd de polymerisatiegraad van mPEG 122 – b – (PheGE) 15. De kritische micel concentratie van het copolymeer werd geëvalueerd via een vastgestelde fluorescentiemethode het aggregatiegedrag geëvalueerd door dynamische lichtverstrooiing en transmissie elektronische microscopie. Het potentieel van het copolymeer voor toepassing bij geneesmiddelafgifte aanvragen geëvalueerd voorbereidingen getroffen zoals in vitro biocompatibiliteit, belading en afgifte van het hydrofobe geneesmiddel tegen kanker doxorubicine (DOX). Een stabiele micellen formulering van DOX werd bereid met geneesmiddelbelading concentraties tot 14% (gew%), geneesmiddelbelading efficiranten> 60% (w / w) en aanhoudende afgifte van geneesmiddel gedurende 4 dagen onder fysiologisch relevante omstandigheden (zure en neutrale pH, aanwezigheid van albumine). Het hoge drug beladingsgraad en vertraagde afgifte wordt toegeschreven aan het stabiliseren van π-π interacties tussen DOX en de kern vormen blok van de micellen.
Introduction
In waterige media, amfifiele blokcopolymeren assembleren nanoformaat blokcopolymeer micellen (BCMS) die bestaan uit een hydrofobe kern omgeven door een hydrofiele schil of corona vormen. De micel kern kan dienen als reservoir voor het opnemen van hydrofobe geneesmiddelen; terwijl de hydrofiele corona biedt een interface tussen de kern en het externe medium. Poly (ethyleenglycol) (PEG) en zijn derivaten zijn een van de belangrijkste klassen van polymeren en één van de meest gebruikte geneesmiddelformulering. 1-3 BCMS hebben bewezen een waardige medicijnafgifteplatform met verschillende samenstellingen te vertrouwen op dit punt technologie nu in een vergevorderd stadium van klinische ontwikkeling. 4 meestal het hydrofobe blok van het copolymeer bestaat uit polycaprolacton, poly (D, L-lactide), poly (propyleenoxide) en poly (β-benzyl-L-aspartaat). 5 -9
Kataoka de groep onderzochte bolvormige micellen gevormd uit PEO- b </em> -PBLA En poly (ethyleenoxide) – b -. (Polyasparaginezuur-geconjugeerd doxorubicine) voor afgifte van doxorubicine (DOX) 10,11 In hun verslagen Zij stelden dat π-π interacties tussen het polymeer-geconjugeerde geneesmiddel of PBLA en vrij DOX handelen om de micel kern leidde tot een verhoging geneesmiddelbelading en retentie stabiliseren. Er is vastgesteld dat de verenigbaarheid of interacties tussen een geneesmiddel en de kern vormblok zijn determinanten van key performance parameters. 12 Naast DOX, een aantal kanker therapeutica omvatten aromatische ringen in hun kernstructuur (bijvoorbeeld methotrexaat, olaparib, SN -38).
Daardoor is er aanzienlijke belangstelling voor de synthese van copolymeren die benzyl ringen in hun kern vormende blokken. Anionische ringopeningspolymerisatie van PEG en zijn derivaten mogelijk controle over het molecuulgewicht en resulteren in materialen van lage polydispersiteit in goede opbrengst. 13,14 Ethylene oxide met fenylglycidylether (PheGE) of styreen oxide (SO) kan worden (co) polymeriseren tot blokcopolymeren die micellen vormen voor het oplossen van hydrofobe geneesmiddelen vormen. 15-18 Het huidige rapport beschrijft de nodige stappen voor het leven anionische polymerisatie van fenyl glycidyl ether monomeer op mPEG-OH als macro-initiator (figuur 1). Het verkregen blokcopolymeer en aggregaten worden vervolgens gekarakteriseerd met betrekking tot eigenschappen die relevant zijn voor gebruik in geneesmiddelafgifte.
Protocol
Representative Results
Discussion
Door de goede controle die anionische polymerisatie verschaft via molecuulgewicht is een van de meest toegepaste werkwijzen in de industrie voor de bereiding van polymeren op basis van oxiraan monomeren (PEG en PPG). Optimale en stringente omstandigheden worden gebruikt voor een succesvolle polymerisatie te bereiken. Strenge zuivering van reagentia en geschikte apparatuur nodig voor het levende karakter van de synthese. Beperkingen van de huidige opstelling worden meestal geassocieerd met de overdracht techniek die is g…
Divulgations
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 | |||||
References
- 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).
