JoVE Journal > Chemistry
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Résultats
Discussion
Divulgations
Acknowledgements
Materials
References
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Chimie

Anionic פילמור של קופולימר amphiphilic עבור הכנת Micelles קופולימר בלוק מיוצב על ידי אינטראקציות הנחת π-π

Published: October 10, 2016
doi:
10.3791/54422
, ,
1Leslie Dan Faculty of Pharmacy,University of Toronto

Summary

השלבים העיקריים של החיים פילמור anionic של אתר פניל glycidyl (PheGE) על גליקול methoxy-פוליאתילן (-PPheGE ב mPEG-) מתוארים. מיצלות קופולימר לחסום שתעוררנה (BCMs) היו עמוסות דוקסורוביצין 14% (% wt) ו לשחרור מושהה של תרופה מעל 4 ימים בתנאים רלוונטיים מבחינה פיזיולוגית הושגו.

Abstract

במחקר זה, קופולימר amphiphilic הכוללת בלוק ויוצרים ליבות עם פניל היה מסונתז על ידי חיים פילמור anionic של אתר פניל glycidyl (PheGE) על גליקול-פוליאתילן methoxy (-PPheGE ב mPEG-). אפיון של קופולימר גילה התפלגות מולקולרית צרה (PDI <1.03) ואשר את מידת פילמור של MPEG 122 – ב – (PheGE) 15. ריכוז micelle הביקורתי של קופולימר הוערך בשיטת קרינה הוקמה עם התנהגות הצבירה המוערכת על ידי פיזור אור דינאמי מיקרוסקופיה אלקטרונית שידור. הפוטנציאל של קופולימר לשימוש ביישומי משלוח סמים הוערך באופן ראשוני כולל במבחנת התאמה ביולוגית, העמסה שחרורו של דוקסורוביצין הסמים הידרופובי אנטי-הסרטני (DOX). ניסוח micelle יציב של DOX הוכן עם רמות טעינת תרופה עד 14% (% wt), טעינת סמי efficiencies> 60% (w / w) ומתמשך שחרור התרופה מעל 4 ימים בתנאים רלוונטיים מבחינה פיזיולוגית (pH חומצי הניטראלי, בנוכחות אלבומין). רמת הטעינה התרופה גבוהה לשחרור מושהה מיוחסת לייצוב אינטראקציות π π בין DOX ואת גוש יוצרי הליבה של מיצלות.

Introduction

בשנת תקשורת מימית, קופולימרים לחסום amphiphilic להרכיב כדי ליצור מיצלות קופולימר הגוש בגודל ננו (BCMs), מורכבות ליבה הידרופובי מוקפת פגז או קורונה הידרופילי. ליבת micelle יכול לשמש כמאגר עבור שילוב של תרופות הידרופובי; בעוד, העטרה הידרופילי מספקת ממשק בין הליבה לבין הבינוני החיצוני. פולי (אתילן גליקול) (PEG) ונגזרותיו הם אחד השיעורים החשובים ביותר של פולימרים ואחד בשימוש הנרחב ביותר ניסוח סמים. 1-3 BCMs הוכיח להיות פלטפורמת משלוח סמים ראויה עם כמה ניסוחים להסתמך על זה הטכנולוגיה כיום בפיתוח קליני בשלב מאוחר. 4 ברוב המקרים הגוש ההידרופובי של קופולימר מורכבת polycaprolactone, פולי (D, L-lactide), פולי (פרופילן אוקסיד) או פולי (β-בנזיל-L-aspartate). 5 -9

קבוצתו של Kataoka נחקרה מיצלות כדורית נוצרה PEO- ב </em> -PBLA ו פולי (אתילן אוקסיד) – ב -. (דוקסורוביצין חומצה מצומדות polyaspartic) למסירת דוקסורוביצין (DOX) 10,11 בדוחות שלהם, הם העלו כי π-π אינטראקציות בין התרופה פולימר מצומדות או PBLA וחופשי DOX לפעול כדי לייצב את הליבה micelle וכתוצאה מכך עליית טעינת סמים ושימור. הוא קבע כי תאימות או אינטראקציות בין התרופה לבין בלוק יוצרי הליבה הם הקובעים פרמטרים הקשורים לביצועי מפתח. 12 בנוסף DOX, מספר בריפוי הסרטן כוללים טבעות ארומטיות בתוך מבנה הליבה שלהם (למשל, מטוטרקסט, olaparib, SN -38).

כתוצאה מכך יש עניין משמעותי סינתזה של קופולימרים הכוללים טבעות בנזילות בבלוקי ליבת יוצרים שלהם. פילמור טבעת מאירת anionic של PEG ונגזרותיו מאפשר שליטה על משקל מולקולרי לגרום חומרים של polydispersity הנמוך תשואה טובה. 13,14 Ethyleתחמוצת ne עם אתר פניל glycidyl (PheGE) או תחמוצת סטירן (SO) יכול להיות (שיתוף) polymerized לגבש קופולימרים לחסום היוצרות מיצלות עבור solubilization של תרופות הידרופובי. 15-18 הדו"ח הנוכחי מתאר את הצעדים הדרושים על החיים פילמור anionic של פניל glycidyl מונומר האתר על MPEG-OH כמו macroinitiator (איור 1). קופולימר לחסום וכתוצאה אגרגטים שלה מאופיינים אז במונחים של תכונות רלוונטיות להשתמש ב משלוח סמים.

Protocol

איור 1. סכמטי המציג תשעת השלבים העיקריים בהכנת קופולימר ב -PPheGE mPEG-. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו. 1. הכנה …

Representative Results

איור איור 3. של פילמור anionic של אתר glycidyl פניל על macroinitiator MPEG לייצר ב mPEG- – (PheGE) 15 להכנת מיצלות קופולימר לחסום לטעינה של דוקסורוביצין סכמטית ממח…

Discussion

בשל שליטה הטובה כי פילמור anionic מספק מעל משקל מולקולרי הוא אחד התהליכים השימושיים ביותר בתעשייה לעריכת הפולימרים המבוססים על מונומרים oxirane (PEG ו PPG). תנאים אופטימליים ומחמירות חייבים לשמש כדי שניתן יהיה להשיג פילמור מוצלח. טיהור קפדנית של כל ריאגנטים והמכשירים נאותים ח…

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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Dickerson, T. J., Reed, N. N., Janda, K. D. Soluble Polymers as Scaffolds for Recoverable Catalysts and Reagents. Chemical Reviews. 102, 3325-3344 (2002).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. Matsumura, Y., Kataoka, K. Preclinical and clinical studies of anticancer agent-incorporating polymer micelles. Cancer Science. 100 (4), 572-579 (2009).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. Nakanishi, T., et al. Development of the polymer micelle carrier system for doxorubicin. Journal of Controlled Release. 74 (1-3), 295-302 (2001).
  12. 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).
  13. Flory, P. J. Molecular Size Distribution in Ethylene Oxide Polymers. Journal of the American Chemical Society. 62 (6), 1561-1565 (1940).
  14. 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).
  15. 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).
  16. Taboada, P., et al. Block Copolymers of Ethylene Oxide and Phenyl Glycidyl Ether: Micellization, Gelation, and Drug Solubilization. Langmuir. 21 (12), 5263-5271 (2005).
  17. 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).
  18. Attwood, D., Booth, C. . Colloid Stability. , 61-78 (2010).
  19. 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).
  20. Chtryt, V., Ulbrich, K. Conjugate of Doxorubicin with a Thermosensitive Polymer Drug Carrier. Journal of Bioactive and Compatible Polymers. 16 (6), 427-440 (2001).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. 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).
  26. Wilhelm, M., et al. Poly(styrene-ethylene oxide) block copolymer micelle formation in water: a fluorescence probe study. Macromolecules. 24 (5), 1033-1040 (1991).
  27. 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).
  28. 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).
  29. 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).
  30. 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).
  31. 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).
  32. Cram, D. J. . Fundamentals o] Carbanion Chemistry. , (1965).
  33. Szwarc, M. . ACS Symposium Series. 166, 1-15 (1981).
  34. 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).
  35. 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).
  36. Opanasopit, P., et al. Block Copolymer Design for Camptothecin Incorporation into Polymeric Micelles for Passive Tumor Targeting. Pharmaceutical Research. 21 (11), 2001-2008 (2004).
  37. Allen, G., Booth, C., Price, C. VI-The physical properties of poly(epoxides). Polymer. 8, 414-418 (1967).
  38. 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).
  39. Attwood, D., Florence, A. T. . Surfactant systems : their chemistry, pharmacy, and biology. , (1983).
  40. 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).

Tags

Anionic PolymerizationAmphiphilic CopolymerBlock CopolymerMicellesπ-π StackingRing Opening PolymerizationDMSOPhenyl Glycerol EtherMacroinitiatorDrug DeliveryPolymeric Drug Delivery

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citer Cet Article
Le Dévédec, F., Houdaihed, L., Allen, C. Anionic Polymerization of an Amphiphilic Copolymer for Preparation of Block Copolymer Micelles Stabilized by π-π Stacking Interactions. J. Vis. Exp. (116), e54422, doi:10.3791/54422 (2016).
Télécharger la Citation
Réimpressions et Autorisations

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image