تركيب 10 نانومتر فونكتيوناليزيد المغلفة البوليمر جزيئات الذهب لاستهداف البطانة وإيصال الأدوية
Summary
يصف لنا طريقة توليف متوافق حيويا 10 نانومتر جسيمات نانوية الذهب، فونكتيوناليزيد بطلاء بولي الإثيلين غليكول إلى السطح. يمكن أن تكون هذه الجزيئات المستخدمة في المختبر و في فيفو لتقديم العلاجات ممنوع نانوية الهاتف الخلوي والخلية التي يصعب الوصول إليها مع أحجام نانوحبيبات التقليدية.
Abstract
وقد استخدمت الجسيمات النانوية الذهبية (أونبس) على نطاق واسع في البحوث الطبية بسبب حجمها وتوافق مع الحياة، والسطح قابل للتعديل. تسليم المخدرات واستهداف محددة بعض التطبيقات لهذه أونبس، ولكن خصائص دفاعية تعوق امتصاص غشائي مصفوفات خارج الخلية الجسيمات. لمعالجة هذه المسألة، ونحن تصف أسلوب توليف للجسيمات النانوية الذهبية أولتراسمال لتحسين أداء الأوعية الدموية، مع المجموعات الوظيفية للتخصيص وأطوال البوليمر لإدخال مزيد من التعديلات. بروتوكول غلة 2.5 نانومتر أونبس التي هي توج مع كلوريد فوسفونيوم تيتراكيس (هيدروكسيميثيل) (تهبك). الاستعاضة عن تهبك بالوظيفية المتغايرة البولي إثيلين غليكول (شماعة) على السطح أونب يزيد نصف قطرها هيدرودينامية إلى 10.5 نيوتن متر مع توفير المجموعات الوظيفية المختلفة على السطح. ويتضمن الجزء الأخير من البروتوكول إضافة اختيارية فلوروفوري للسماح أونبس تصور تحت الأسفار لتعقب امتصاص نانوحبيبات. واستخدمت الغسيل الكلوي وليوفيليزيشن لتنقية وعزل في أونبس. يمكن تصور هذه الجسيمات النانوية الفلورسنت في تجارب في المختبر و في فيفو سبب متوافق حيويا تحقيقات شماعة الطلاء ونيون. بالإضافة إلى ذلك، مدى حجم هذه الجسيمات النانوية تجعلها مرشح مثالي للتدقيق في جليكوكاليكس دون تعطيل وظيفة المفرج المعتادة، مما قد يؤدي إلى تحسين أداء والمداواة.
Introduction
وقد طبقت جسيمات نانوية لإيصال الأدوية، وتصوير لقدرته على التنقل من خلال الهيئة للوصول إلى المناطق المستهدفة للفائدة1،2. قد تتراكم داخل الأورام عن طريق المفرج راشح الجسيمات أو المعربة فيها overexpressed يجند مستهدفة ومكشوف. الذهب، على وجه التحديد، أصبحت مادة نانوحبيبات شائعة استخدام بسبب خصائصه الكيميائية والفيزيائية الفريدة التي تؤثر في النقل والإفراج عن المداواة3. وهو مادة نانوحبيبات فعالة لأنه يمكن تعديل سطحه لربط ثيولس الذهب عالية توافق مع الحياة بسبب لها سمية منخفضة4. أونبس هي قادرة على أن شركات الأدوية الجزيئية البيولوجية الكبيرة، وقد نجحت في إيصال الببتيدات والأحماض النووية والبروتينات، مما يسمح أونبس أن تكون مواتية لاستهداف2،4.
ولسوء الحظ، أعاق فعالية إيصال المخدرات نانوحبيبات جليكوكاليكس سلبا على التهمة الموجهة إليه، وهو معطف خارج الخلية في غشاء خلايا الثدييات الأكثر وأحجام مسام من5،شمال البحر الأبيض المتوسط يصل إلى 76. هذا الحجم المسام أصغر من معظم شركات العقاقير نانوحبيبات، الذي يكون عادة بأقطار تتراوح ما بين 50-200 نانومتر. تحت ظروف المرض، تصبح هذه المسام جليكوكاليكس أكبر نظراً لتدهور وزيادة النفاذية عبر الخلايا البطانية. بيد أن معظم جسيمات نانوية لا تزال كبيرة جداً للاستفادة من هذا التغيير الهيكلي في جليكوكاليكس. أحد آثار هذا عدم تطابق حجم هو أن جزيئات تقليديا الحجم لا يتفاعل إيجابيا مع الخلايا البطانية التي تبطن الأوعية الدموية. وهذا يؤثر على إيصال الجزيئات التي تدار عن طريق الوريد في البطانة، وأيضا يمكن أن يقال عن الجسيمات النقل عن طريق الدم الدماغ حاجز7،،من89،10.
نهج واحد لمكافحة هذه المشكلة استخدام جسيمات أصغر لتمرير من خلال مسام صغيرة في جليكوكاليكس. هنا، نحن توليف من 10.5 نانومتر أولتراسمال الذهب نانوحبيبات، التي عادة ما ينبغي أن تردعه جليكوكاليكس سليمة وصحية. حالما يبدأ جليكوكاليكس للخطر، ينبغي نانوحبيبات بسهولة اختراق الخلايا عن طريق زيادة حجم المسام. البروتوكول في هذه الورقة تفاصيل توليفة من أولتراسمال الأساسية الذهب المغلفة مع الوتد، مما يزيد في توافق مع الحياة ويقلل من إزالة النظامية4. يمكن أن تحتوي شماعة أيضا عدة أنواع من المجموعات الوظيفية، فتح قنوات لتصريف استهداف يغاندس، فلوروفوريس، والمداواة. وتشير النتائج المنشورة سابقا إلى أن هذه الجسيمات النانوية أولتراسمال تميل إلى تناول أكثر تفضيلاً في مناطق جليكوكاليكس بطانية تعطل وظيفة حتى بدون أي نشطة تستهدف4،11. وهذا يشير إلى جدوى وأهمية الاستفادة من جزيئات حجم الصحيح لطلبات التسليم. ويقدم البروتوكول التالي التوليف وتنقية وتوصيف أونبس المغلفة بشماعة (شماعة-أونب)، مع مناقشة للخياطة في المجموعات الوظيفية والاقتران لتطبيقات أخرى.
Protocol
Representative Results
Discussion
هذا الأسلوب طريقة فعالة لتوليف لتخصيص، المغلفة شماعة أولتراسمال أونبس. جزء هام من هذا الإجراء هو تشكيل الأولية تهبك توج الذهب الجسيمات النانوية، التي يمكن تأكيدها بتغيير اللون من اللون الأصفر البنى التي سوف تحدث بعد تم إضافة HAuCl4 إلى المحتويات في قارورة قاع الجولة (الخطوة 2، 3 من البروتوكول). لا تغير لون يشير إلى أن هناك جسيمات نانوية لا شكل وأن يكون التحقق من الخطوات الأولية والمتكررة قبل المتابعة. في حالة تغيير اللون إلى شيء آخر غير براون مثل النبيذ الأحمر أو الرمادي، الجسيمات الناتجة لن يرجح أن يكون حول نانومتر المستهدف 2.5 وينبغي دفعة جديدة، وكذلك.
بعد تشكيل نواة الذهب، تتضمن تبادل تهبك الوتد وإجراءات تنقية عدة خطوات رئيسية للنجاح في إنجاز البروتوكول. خلط بين عشية وضحاها يسمح لرد فعل بديل للذهاب إلى الإنجاز. يمكن أن يحدث تنقية فشل إذا لم يتم تغيير مياه الغسيل الكلوي مع تواتر المنصوص عليها. تجميع وترسيب الجزيئات يمكن أن يحدث أيضا إذا تركت الجسيمات في الغسيل الكلوي لأكثر من 72 ح. ويمكن ملاحظة القضايا المحتملة الأخرى أثناء تجميد التجفيف. إذا شماعة أولتراسمال المغلفة أونب الحل لم تجمد تماما أو ليوفيليزير كان إعداد لا بشكل صحيح، قد تكون العينات المفقودة. أرجع إلى دليل ليوفيليزير، كما قد تتطلب بعض المعدات الاستعدادات عينة مختلفة.
سهولة التوليف وتوافق مع الحياة للجسيمات الناتجة تمثل مزايا بالنسبة لاستخدام هذه شماعة-أونبس. وبالإضافة إلى ذلك، هذه الجسيمات النانوية لها ميزة كونها قادرة على التفاعل مع هياكل النانو الخلوية كما يتجلى في القدرة على تحديد جليكوكاليكس المتدهورة بالاقبال على هذه الجسيمات النانوية. هذه الميزة يمكن أن تكون الاستدانة لتطوير علاجات جديدة من تصلب الشرايين والتدابير الوقائية. وراء ما نحن الحاضرين هنا، وهناك ميزة أخرى لهذا البروتوكول هو أن ذلك يسمح للتخصيص واسعة النطاق للجسيمات، فضلا عن زيادة قدرات التخزين والاستقرار عن طريق إرفاق ثيول المحتوية على شماعة على جسيمات نانوية الذهب4. نهاية سلسلة شماعة أخرى يمكن أن تحتوي على أي مجموعة وظيفية، ويمكن مترافق عددا كبيرا من الجزيئات لتلك المجموعات. في هذا البروتوكول، ويتم إرفاق جميع المجموعات الوظيفية الشائعة الثلاثة (الميثيل، الكربوكسيل، والأمينية). هو نسبة شماعة المختار إلى إعطاء الأولوية لكشف فلوري أولاً، ثم القدرة على دمج moiety استهداف ثانوي استخدام مجموعة حمض الكربوكسيلية. يمكن أنب نسب هذه الجماعات على أساس التطبيق، ويمكن تعديلها الأطوال والأشكال للبوليمرات كذلك.
لقياس امتصاص الجسيمات، نحن مترافق تحقيق فلورية إلى واحدة من المجموعات الوظيفية. تجدر الإشارة إلى أن أي تصريف تتجاوز ما وصفناها سيؤدي إلى تغيير الخصائص السطحية نانوحبيبات. وينبغي اختبار كل تكرار لجسيمات نانوية فيما يتعلق بمكونات إضافية وردود فعل تصريف للخصائص المطلوبة.
هذه الطريقة تنتج جسيمات نانوية الذهب أولتراسمال تهدف إلى التغلب على خصائص دفاعية جليكوكاليكس خارج الخلية البطانية، مما يعيق امتصاص جسيمات نانوية الحجم تقليديا. ومع ذلك، يضفي على صغر حجم صعوبة في التصوير والمخدرات تحميل الجانب. هذه الجسيمات أصغر بكثير من نطاق حجم نانوحبيبات نموذجية، ونتيجة للمساحة المتاحة للمرفقات للمداواة واستهداف مويتيس يتناقص إلى حد كبير. وهذا قد يؤدي إلى صعوبة التقاط الإشارات الفردية في التصوير التطبيقات، على الرغم من أن لا يزال يمكن سهولة تحديد مجموعات من الجزيئات، كما هو مبين في الصور [كنفوكل]. قد تتطلب السطح مخفضة للمرفقات لاستهداف يغاندس والمداواة جسيمات أكثر تدار لتحقيق متطلبات الجرعة المستهدفة. ومع ذلك، جسيمات أصغر ستكون أكثر كفاءة في تقديم عندما أخذ جليكوكاليكس عين الاعتبار.
هذه الجسيمات أولتراسمال الرواية القادرة على إيصالها إلى صعوبة التوصل إلى مجالات النانو داخل الجسم مع أقل قدر من الاضطراب المكروية. إضافة شماعة يسمح لزيادة توافق مع الحياة ويوفر المجموعات الوظيفية للتخصيص الثقيلة من الجسيمات لتطبيقات متنوعة. حجم أصغر بالمقارنة مع جسيمات نانوية نموذجي يأتي مع بعض أوجه القصور، ولكن إذا وضعت استراتيجيا، الجسيمات أولتراسمال نهجاً واعداً للسكن من الصعب اختراق، جليكوكاليكس المعقدة والهشة في الأوعية الدموية تسليم الاستهداف والمخدرات.
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
كان يؤيد هذا العمل من قسم الهندسة الكيماوية في جامعة نورث ايسترن، منح أموال بدء التشغيل والمستوى 1 منحة الدراسة التجريبية من مكتب عميد الجامعة الشمالية الشرقية، HL125499 K01 المعاهد الوطنية للصحة، وجبهة الخلاص الوطني-إيجيرت جبهة الخلاص الوطني/DGE-096843. الكتاب أيضا يود أن يشكر توماس ج. وبستر ومختبرة لمساعدتهم، فضلا عن العلوم لطب النانوي ومركز التكنولوجيا وقسم العلوم الصيدلانية في جامعة نورث.
Materials
| Sodium hydroxide (NaOH) | Sigma Aldrich | 795429 | |
| Gold (III) Chloride trihydrate (HAuCl4.3H2O) | Sigma Aldrich | 520918 | |
| Sodium bicarbonate | Sigma Aldrich | S5761 | |
| Tetrakis (hydroxymethyl) phosphnium chloride | Sigma Aldrich | 404861 | |
| Mono-functional mPEG-thiol | Layson Bio Inc. | MPEG-SH-2000-1g | Mw: 2,000 Da |
| hetero bi-functional anime-PEG-thiol | Layson Bio Inc. | NH2-PEG-SH-3400-1g | Mw: 3,400 Da |
| Carboxymethyl-PEG-thiol | Layson Bio Inc. | CM-PEG-SH-2000-1g | Mw: 2,000 Da |
| Cellulose dialysis membrane (12-14 kDa) | Sigma Aldrich | D9777 | |
| Zerostat anti-static instrument | Sigma Aldrich | Z108812 | |
| Alexa Fluor 647 (AF647) carboxylic acid succinimidyl ester | Fisher | A20006 | Fluorophore |
| Fisherbrand Qualitative Grade Plain Filter Paper Circles – P5 grade | Thermo Fisher Scientific | 09-801-B | |
| Transmission electron microscopy | JEOL USA | JEOL JEM-1000 | TEM |
| Dynamic Light Scattering | Brookhaven Instruments Corporation | Brookhaven 90 Plus Particle Size Analyzer | DLS |
| Fluorometer | Horiba Scientific | Jobin Yvon Fluromax 4 | Fluorometer |
| CellTiter 96 AQueous One Solution Cell Proliferation Assay (MTS) | Promega | G3582 | MTS |
| Plate reader | Molecular Devices | SpectraMax M4 | Plate reader |
| 10E4 epitope HS mouse monoclonal IgM antibody (primary antibody) | Amsbio | 370255 | Primary antibody |
| Alexa Fluor 488 goat anti-mouse IgG (secondary antibody) | Thermo Fisher Scientific | R37120 | Secondary antibody |
| VECTASHIELD mounting medium with DAPI | Vector Laboratories | H-1000 | With DAPI |
| Confocal Microscope | Carl Zeiss Meditex AG | Zeiss LSM 700 | Confocol microscopy |
References
- Veiseh, O., Gunn, J., Zhang, M. Design and fabrication of magnetic nanoparticles for targeted drug delivery and imaging. Adv. Drug Deliv. Rev. 62 (3), 284-304 (2010).
- Feng, X., et al. Conjugated polymer nanoparticles for drug delivery and imaging. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2 (8), 2429-2435 (2010).
- Ghosh, P., Han, G., De, M., Kim, C. K., Rotello, V. M. Gold nanoparticles in delivery applications. Adv. Drug Deliv. Rev. 60 (11), 1307-1315 (2008).
- Kumar, R., et al. Third generation gold nanoplatform optimized for radiation therapy. Transl. Cancer Res. 2 (4), 1-18 (2013).
- Tarbell, J. M., Ebong, E. E. The endothelial glycocalyx: a mechano-sensor and -transducer. Sci. Signal. 1 (40), (2008).
- Reitsma, S., Slaaf, D. W., Vink, H., van Zandvoort, M., oude Egbrink, M. G. A. The endothelial glycocalyx: composition, functions, and visualization. Pflugers Arch. 454 (3), 345-359 (2007).
- Becker, B. F., Jacob, M., Leipert, S., Salmon, A. H., Chappell, D. Degradation of the endothelial glycocalyx in clinical settings: searching for the sheddases. Br. J. Clin. Pharmacol. 80 (3), 389-402 (2015).
- Muzykantov, V., Muro, S. Targeting delivery of drugs in the vascular system. Int. J. Transp. Phenom. 12 (1-2), 41-49 (2011).
- Simone, E., Ding, B. -. S., Muzykantov, V. Targeted delivery of therapeutics to endothelium. Cell Tissue Res. 335 (1), 283-300 (2009).
- Lockman, P. R., Mumper, R. J., Khan, M. A., Allen, D. D. Nanoparticle technology for drug delivery across the blood-brain barrier. Drug Dev. Ind. Pharm. 28 (1), 1-13 (2002).
- Cheng, M. J., Kumar, R., Sridhar, S., Webster, T. J., Ebong, E. E. Endothelial glycocalyx conditions influence nanoparticle uptake for passive targeting. Int. J. Nanomedicine. 11, 3305-3315 (2016).
- Fels, J., Jeggle, P., Liashkovich, I., Peters, W., Oberleithner, H. Nanomechanics of vascular endothelium. Cell Tissue Res. 355 (3), 727-737 (2014).
