Une approche efficace et Facile pour la production de micelles réversible Disulfure réticulés
Summary
To deliver cancer drugs to tumor sites with high specificity and reduced side effects, new methods based on nanoparticles are required. Here, we describe disulfide cross-linked micelles that can be easily prepared by hydrogen peroxide-mediated oxidation and are able to dissociate efficiently under a reducing tumor environment to release payloads.
Abstract
Nanomédecine est une nouvelle forme de thérapie qui exploite les propriétés uniques des particules qui sont nanomètres échelle pour application biomédicale. Améliorer l'administration de médicaments pour maximiser les résultats thérapeutiques et de réduire les effets secondaires associés au médicament sont quelques-unes des pierres angulaires de la nanomédecine actuelle. Nanoparticules en particulier, ont trouvé une large application dans le traitement du cancer. Nanoparticules qui offrent un haut degré de flexibilité dans la conception, l'application et la production sur la base du microenvironnement de la tumeur devraient être plus efficaces avec la traduction rapide dans la pratique clinique. Le micellaire nano-support polymère est un choix populaire pour les applications de distribution de médicaments.
Dans cet article, nous décrivons un protocole simple et efficace pour la synthèse, des micelles réticulées disulfure drogue chargé basé sur l'auto-assemblage d'un copolymère bien défini amphiphile linéaire-dendritique (telodendrimer, TD). TD est constituée de polyéthylène glycol (PEG) comme segment hydrophile et un groupe d'acide cholique thiolé comme la fraction hydrophobe attachée par étapes de formation de noyau à un PEG de terminaison amine en utilisant la chimie des peptides à base de solutions. Les médicaments chimiothérapeutiques, tels que le paclitaxel (PTX), peuvent être chargés à l'aide d'un procédé d'évaporation de solvant standard. Le O 2 oxydation médiée a déjà été utilisé pour former disulfures liaisons transversales intra-micellaires de groupes thiol libres sur le TDs. Cependant, la réaction a été lente et pas réalisable pour la production à grande échelle. Récemment, une méthode d'oxydation de l' H 2 O 2 médiée a été explorée comme une approche plus réaliste et efficace, et il était 96 fois plus rapide que la méthode précédemment. En utilisant cette approche, 50 g de PTX-chargés, les nanoparticules réticulées disulfure ont été produits avec succès avec la distribution granulométrique étroite et une efficacité élevée de chargement de drogue. La stabilité de la solution micellaire obtenue est analysée en utilisant des conditions perturbatrices telles que la co-incubation avecvec un détergent dodécylsulfate de sodium, avec ou sans agent réducteur. Les micelles, réticulés disulfure chargés en médicament ont démontré une activité hémolytique inférieure par rapport à leurs homologues non réticulées.
Introduction
La nanotechnologie est un domaine en pleine émergence qui a bénéficié d' un certain nombre de domaines biomédicaux 1. Nanoparticules offrent des possibilités pour la conception et le réglage des propriétés qui ne sont pas réalisables avec d'autres types de traitements conventionnels. Nano-transporteurs améliorent la stabilité des médicaments contre la biodégradation, prolonger le temps de circulation de la drogue, à surmonter les problèmes de solubilité médicaments, et peuvent être ajustés pour la livraison ciblée de médicaments et pour les agents de co-distribution imagerie 1,2. systèmes de distribution à base de nanoparticules sont prometteurs dans l'imagerie et le traitement du cancer. Vasculatures tumorales sont leaky aux macromolécules et peuvent conduire à une accumulation préférentielle de circulation des nanoparticules sur les sites tumoraux par la perméabilité accrue et la rétention (EPR) Effet 3. Parmi les différents nano-supports (par exemple, des liposomes, des hydrogels, des polymères et des micelles) qui sont activement poursuivies comme supports pour des médicaments anticancéreux, des micelles polymères ont acquis une grande popularité au cours ee dernière décennie 4,5.
Les micelles polymériques sont un système thermodynamique qui, lors de l'administration par voie intraveineuse, peut éventuellement être diluée au-dessous de la concentration micellaire critique (CMC), conduisant à leur dissociation en unimères. stratégies de réticulation ont été utilisées pour réduire au minimum la dissociation micellaire en unimères. Cependant, les micelles excessivement stabilisées peuvent empêcher de libérer le médicament aux sites cibles, réduisant ainsi l'efficacité thérapeutique globale. Plusieurs approches chimiques ont été explorées pour rendre la réticulation dégradable en réponse à redox ou à des stimuli externes, tels que des liaisons disulfures réductibles 6,7 et pH-clivable 8 ou ester hydrolysable obligations 9,10.
Nous avons précédemment rapporté la conception et la synthèse de nanoparticules micellaires , comprenant de l' acide cholique dendritique (CA) et des séquences linéaires de polyéthylène glycol (PEG) , les copolymères appelés telodendrimers (TD) 15/11 </sup>. Ces TDs sont représentés comme PEG nK -Cay (où n = poids moléculaire en kilodaltons (K), y = nombre d'acide cholique (CA) unités). Ils sont caractérisés par leur petite taille, longue durée de conservation, et une grande efficacité dans les médicaments encapsulant tels que le paclitaxel (PTX) et doxorubicine (DOX) dans le noyau hydrophobe. Les éléments constitutifs de la TD, tels que le PEG, la lysine, et CA, sont biocompatibles, et la présence d'une couronne de PEG peut conférer un caractère nanoparticulaire "furtif", ce qui empêche l'absorption non spécifique des nanoparticules micellaires par le système réticulo-endothélial.
polymères linéaires-dendritique thiolées peuvent facilement être générés par l'introduction de cysteines dans le squelette du oligo-lysine dendritique de notre TDs standard. Cet article présente un protocole facile pour la production d'un système de délivrance de médicament micellaire réversiblement réticulé par introduction reticulations disulfure dans le noyau hydrophobe de Tou (figure 1).
Protocol
Representative Results
Discussion
Plusieurs nanoparticules ont été étudiés pour leur utilisation potentielle dans l'administration de médicaments. doxorubicine liposomale et le paclitaxel (PTX) chargé en sérumalbumine nano-agrégats humains sont parmi les nanotherapeutics approuvés par la FDA pour le traitement du cancer. Cependant, bien que cliniquement efficace, ces deux nanotherapeutics sont relativement "grande" taille, et ils ont tendance à s'accumuler dans le foie et les poumons. micelles polymériques avec des tailles d…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors thank Ms.Alisha Knudson for the editorial help. They would also like to acknowledge the financial support from the NIH/NCI (3R01CA115483, to K.S.L.), the DoD PRMRP Award (W81XWH-13-1-0490, to K.S.L.), the NIH/NCI (1R01CA199668, to Y.L.), and the NIH/NICHD (1R01HD086195, to Y.L.).
Materials
| MeO-PEG5K-NH2 | Rapp Polymere | 125000-2 | |
| Fmoc-Lys(Fmoc)-OH | Aaptec | AFK107 | |
| Fmoc-Lys(Boc)-OH | Anaspec | AS-20132 | |
| Fmoc-Cys(Trt)-OH | Aapptec | AAC105 | |
| Dimethylformamide | Fisher Scientific | BP1160-4 | |
| Ethyl ether | Fisher Scientific | E134-20 | |
| N,N-Diisopropylethylamine | Sigma Aldrich | D125806 | |
| Trifluoroacetic acid | Sigma Aldrich | T6508 | Corrosive, handle with care |
| 4-methyl piperidine | Alfa-Aesar | L-02709 | |
| Ebes linker | Anaspec | AS-61924 | |
| Cholic acid | Sigma Aldrich | C1129 | |
| 1,2-Ethanedithiol | Sigma Aldrich | 02390 | Handle inside fume hood. Bleach gloves after usage |
| Triisopropylsilane | Sigma Aldrich | 233781 | |
| Chloroform (anhydrous) | Sigma Aldrich | 288306 | |
| Hydrogen peroxide solution 30% | Aaron Industries | NA | |
| HoBt-Cl | Aaptec | CXZ096 | |
| DIC | Sigma Aldrich | D125407 | |
| Female athymic nude mice (Nu/Nu strain), 6–8 weeks age | Harlan (Livermore, CA) | ||
Riferimenti
- Zhang, L., et al. Nanoparticles in medicine: therapeutic applications and developments. Clin. Pharmacol. Ther. 83, 761-769 (2008).
- Wang, A. Z., Langer, R., Farokhzad, O. C. Nanoparticle Delivery of Cancer Drugs. Annu. Rev. Med. 63, 185-198 (2012).
- Iyer, A. K., Khaled, G., Fang, J., Maeda, H. Exploiting the enhanced permeability and retention effect for tumor targeting. Drug Disc. Today Targets. 11, 812-818 (2006).
- Morachis, J. M., Mahmoud, E. A., Almutairi, A. Physical and chemical strategies for therapeutic delivery by using polymeric nanoparticles. Pharmacol. Rev. 64, 505-519 (2012).
- Kamaly, N., Xiao, Z., Valencia, P. M., Radovic-Moreno, A. F., Farokhzad, O. C. Targeted polymeric therapeutic nanoparticles: design, development and clinical translation. Chem. Soc. Rev. 41, 2971-3010 (2012).
- Li, Y. L., et al. Reversibly stabilized multifunctional dextran nanoparticles efficiently deliver doxorubicin into the nuclei of cancer cells. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 48, 9914-9918 (2009).
- Miyata, K., et al. Block catiomer polyplexes with regulated densities of charge and disulfide cross-linking directed to enhance gene expression. J. Am. Chem. Soc. 126, 2355-2361 (2004).
- Chan, Y., Wong, T., Byrne, F., Kavallaris, M., Bulmus, V. Acid-labile core cross-linked micelles for pH-triggered release of antitumor drugs. Biomacromolecules. 9, 1826-1836 (2008).
- Rijcken, C. J., Snel, C. J., Schiffelers, R. M., van Nostrum, C. F., Hennink, W. E. Hydrolysable core-crosslinked thermosensitive polymeric micelles: synthesis, characterisation and in vivo studies. Biomaterials. 28, 5581-5593 (2007).
- Talelli, M., et al. Core-crosslinked polymeric micelles with controlled release of covalently entrapped doxorubicin. Biomaterials. 31, 7797-7804 (2010).
- Xiao, K., et al. A self-assembling nanoparticle for paclitaxel delivery in ovarian cancer. Biomaterials. 30, 6006-6016 (2009).
- Li, Y., et al. A novel size-tunable nanocarrier system for targeted anticancer drug delivery. J. Control. Release. 144, 314-323 (2010).
- Li, Y., et al. Well-defined, reversible disulfide cross-linked micelles for on-demand paclitaxel delivery. Biomaterials. 32, 6633-6645 (2011).
- Li, Y., et al. Well-defined, reversible boronate crosslinked nanocarriers for targeted drug delivery in response to acidic pH values and cis-diols. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 51, 2864-2869 (2012).
- Li, Y., et al. A smart and versatile theranostic nanomedicine platform based on nanoporphyrin. Nat. Commun. 5, (2014).
- Belenki, B. G., Gankina, E. S. Thin-Layer chromatography of polymers. J. Chromatogr. A. 141, 13-90 (1977).
- Kaiser, E., Colescott, R. L., Bossinger, C. D., Cook, P. I. Color test for detection of free terminal amino groups in the solid-phase synthesis of peptides. Anal. Biochem. 34, 595-598 (1970).
- Pandey, P. S., Rai, R., Singh, R. B. Synthesis of cholic acid-based molecular receptors: head-to-head cholaphanes. J. Chem. Soc., Perkin Trans 1. , 918-923 (2002).
- Riddles, P. W., Blakeley, R. L., Zerner, B. Reassessment of Ellman’s reagent. Methods Enzymol. 91, 49-60 (1983).
- Ahuja, S., Rasmussen, H. Overview of HPLC method development for pharmaceuticals. HPLC Method Development for Pharmaceuticals. , 1-11 (2007).
- Li, Y., Pan, S., Zhang, W., Du, Z. Novel thermo-sensitive core-shell nanoparticles for targeted paclitaxel delivery. Nanotechnology. 20 (6), 065104 (2009).
- Kato, J., et al. Disulfide cross-linked micelles for the targeted delivery of vincristine to B-cell lymphoma. Mol. Pharm. 9, 1727-1735 (2012).
- Lu, S. C. Regulation of glutathione synthesis. Mol. Aspects Med. 30, 42-59 (2009).
- Xiao, K., et al. “OA02” peptide facilitates the precise targeting of paclitaxel-loaded micellar nanoparticles to ovarian cancer in vivo. Cancer Res. 72, 2100-2110 (2012).
- Koo, A. N., et al. Disulfide-cross-linked PEG-poly(amino acid)s copolymer micelles for glutathione-mediated intracellular drug delivery. Chem. Commun. 28, 6570-6572 (2008).
- McLellan, L. I., Wolf, C. R. Glutathione and glutathione-dependent enzymes in cancer drug resistance. Drug. Resist. Update. 2, 153-164 (1999).
- Karala, A. R., Lappi, A. K., Saaranen, M. J., Ruddock, L. W. Efficient peroxide-mediated oxidative refolding of a protein at physiological pH and implications for oxidative folding in the endoplasmic reticulum. Antioxid. Redox Signal. 11, 963-970 (2009).
- Gabizon, A., et al. Cancer nanomedicines: closing the translational gap. Lancet. 384, 2175-2176 (2014).
