Preparación y Caracterización de Individual y Multi-fármaco cargado físicamente atrapado poliméricos micelas
Summary
The goal of this protocol is to describe the preparation and characterization of physically entrapped, poorly water soluble drugs in micellar drug delivery systems composed of amphiphilic block copolymers.
Abstract
Copolímeros en bloque anfifílicos como bloque polyethyleneglycol- ácido -polylactic (PEG-b-PLA) se auto-ensamblan en micelas por encima de su concentración micelar crítica forman núcleos hidrofóbicos rodeadas de conchas hidrófilas en medios acuosos. El núcleo de estas micelas puede ser utilizado para cargar fármacos hidrófobos, mal solubles en agua como docetaxel (DTX) y everolimus (EVR). Caracterización sistemática de las capacidades de la estructura micelar y carga de drogas son importantes antes de in vitro e in vivo puede ser llevado a cabo. El objetivo del protocolo descrito en este documento es proporcionar los pasos de caracterización necesarias para lograr productos micelares estandarizados. DTX y EVR tienen solubilidades intrínsecas de 1,9 y 9,6 g / ml, respectivamente Preparación de estas micelas puede lograrse mediante colada en disolvente que aumenta la solubilidad acuosa de DTX y EVR a 1,86 y 1,85 mg / ml, respectivamente. Estabilidad del fármaco en micelas evaluated a temperatura ambiente durante 48 hr indica que el 97% o más de los fármacos se mantienen en solución. Tamaño de micelas se evaluó mediante dispersión de luz dinámica e indicó que el tamaño de estas micelas estaba por debajo de 50 nm y dependía del peso molecular del polímero. La liberación del fármaco a partir de las micelas se evaluó mediante diálisis en condiciones de inmersión a pH 7,4 a 37 ° C durante 48 hr. Resultados de ajuste de curvas indican que la liberación del fármaco es impulsado por un proceso de primer orden que indica que está impulsado difusión.
Introduction
Copolímeros en bloque anfifílicos con estructura repitiendo compuestas de dominios hidrófilos e hidrófobos pueden espontáneamente auto-ensamblan para formar tres asambleas macromoleculares tridimensionales conocidos como micelas poliméricas. Estas estructuras tienen un núcleo hidrófobo interior rodeado por una envoltura hidrofílica. El núcleo hidrófobo tiene la capacidad de incorporar fármacos hidrofóbicos, ya sea por atrapamiento físico a través de interacciones hidrófobas o por conjugación química a la cadena principal del polímero. 1 existir muchas ventajas de utilizar estos copolímeros de bloques para formar micelas para la administración de fármacos. Estos incluyen la incorporación de fármacos poco solubles, mejorando farmacocinética de los fármacos incorporados, y la biocompatibilidad y / o de biodegradabilidad de los polímeros los hace una alternativa segura a solubilizantes convencionales. 2 Otra ventaja de usar micelas poliméricas es su tamaño de partícula coloidal, entre 15- 150 nm 3, que las hace atractivas para los paentrega renteral. Por lo tanto, en los últimos 20 años micelas poliméricas han surgido como sistemas de administración de fármacos viables para fármacos poco solubles en agua, especialmente para la terapia del cáncer. 3,4
Actualmente hay cinco formulaciones micelares poliméricos para la terapia del cáncer sometidos a ensayos clínicos. 4 Cuatro de las micelas en los ensayos clínicos son copolímeros de dos bloques a base de PEG, mientras que el último es un copolímero de tres bloques que contiene óxido de polietileno. El tamaño de estas micelas varió de 20 nm a 85 nm. La ventaja de usar polímeros basados en PEG es su biocompatibilidad y dependiendo de la segunda bloque también puede ser biodegradable. Nuevos sistemas de administración de fármacos recientemente basados en bloque polyethyleneglycol- ácido -polylactic (PEG- b PLA) micelas poliméricas se han desarrollado para la entrega simultánea de varios medicamentos contra el cáncer. Las micelas de PEG-b-PLA son tanto biocompatible y biodegradable. Estos múltiples fármacos micelas cargadas han mostrado comoynergistic inhibición de diferentes modelos de cáncer en vitro e in vivo 2,5,6 y encajar en el paradigma actual de la utilización de múltiples fármacos en la quimioterapia para prevenir la resistencia y la reducción de la toxicidad. Por lo tanto, hay una gran cantidad de interés en preparar y caracterizar estos sistemas de administración de fármacos micelares para su uso en el cáncer y otros estados de enfermedad.
En el trabajo a continuación hemos esbozado un proceso paso a paso por el cual dichas micelas pueden ser preparados y caracterizados antes de evaluar en estados patológicos de interés. Para el propósito de este trabajo dos agentes contra el cáncer poco solubles, docetaxel (DTX) y everolimus (EVR) se han elegido. Tanto DTX y EVR son compuestos poco solubles en agua con solubilidades intrínsecas de agua en el 1,9 y 9,6 mg / ml, respectivamente. 7,8 Dos PEG-polímeros b -pla con diferentes pesos moleculares se utilizaron en este protocolo como los bloques de construcción para la polimérico formulado micelas,estos polímeros son PEG 2000 – b PLA 1800 (3800 Da) y PEG 4000 – b PLA 2200 (6200 Da). Por lo tanto, PEG-micelas b -pla pueden proporcionar una plataforma única como nanotransportador para DTX y EVR individualmente y en combinación. Los Reactivos / Materiales y equipos requeridos necesarios para preparar y caracterizar estas micelas se enumeran en la Tabla 1.
Protocol
Representative Results
Discussion
The use of polymeric micelles for drug delivery continues to expand due to their versatility and ability to deliver hydrophobic drugs for various disease states. Therefore, the techniques needed to prepare and characterize these formulations prior to use in cell culture or animals is a critical first step to determine the best pairing between the drug and the polymer. PEG-b-PLA are excellent amphiphilic block copolymers for drug delivery purposes. However, the block length of the hydrophilic and hydrophobic s…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This study was supported by the grant from AACP New Pharmacy Faculty Research Award Program, Medical Research Foundation of Oregon New Investigator Grant, Oregon State University-Startup fund, and Pacific University, School of Pharmacy Start-up fund.
Materials
| PEG2000-b-PLA1800 | Advanced Polymer Materials, Inc | 6-01- PLA/2000 | PLA MW can be specified on ordering |
| PEG4000-b-PLA2200 | Advanced Polymer Materials, Inc | 6-01- PLA/4000 | PLA MW can be specified on ordering |
| Docetaxel | LC Laboratories | D-1000 | 100 mg |
| Everolimus | LC Laboratories | E-4040 | 100 mg |
| Acetonitrile | EMD/VWR | EM-AX0145-1 | HPLC grade; 4 L |
| Round bottom flask | Glassco/VWR | 89426-496 | 5 mL |
| RV 10 Control Rotary Evaporators | IKA Works | 8025001 | Rotoevaporator |
| Shimadzhu HPLC with DAD detector | Shimadzhu | RP-HPLC | |
| Slide-a-lyzer dialysis casette MWCO 7000 | Thermo Scientific, Inc | 66370 | 3 mL |
| Phosphate buffer pH 7.4 200 mM | VWR | 100190-870 | 500 mL |
| Malvern NanoZS | Malvern Instruments, UK | DLS | |
| Nylon filter | Acrodisc/VWR | 28143-242 | 13 mm; 0.2µM |
| Phosphoric acid, NF | Spectrum Chemical/VWR | 700000-626 | 100 mL |
| GraphPad Prism | www.graphpad.com | Analysis software | |
| Zorbax SB-C8 Rapid Resolution cartridge | Agilent Technologies | 866953-906 | 4.6 ×75mm, 3.5 micron |
References
- Yokoyama, M. Polymeric micelles as a new drug carrier system and their required considerations for clinical trials. Expert Opin Drug Deliv. 7, 145-158 (2010).
- Shin, H. C., Alani, A. W., Rao, D. A., Rockich, N. C., Kwon, G. S. Multi-drug loaded polymeric micelles for simultaneous delivery of poorly soluble anticancer drugs. J Control Release. 140, 294-300 (2009).
- Adams, M. L., Lavasanifar, A., Kwon, G. S. Amphiphilic block copolymers for drug delivery. J Pharm Sci. 92, 1343-1355 (2003).
- Oerlemans, C., et al. Polymeric micelles in anticancer therapy: targeting, imaging and triggered release. Pharm Res. 27, 2569-2589 (2010).
- Shin, H. C., et al. A 3-in-1 polymeric micelle nanocontainer for poorly water-soluble drugs. Mol Pharm. 8, 1257-1265 (2011).
- Hasenstein, J. R., et al. Antitumor activity of Triolimus: a novel multidrug-loaded micelle containing Paclitaxel Rapamycin, and 17-AAG. Mol Cancer Ther. 11, 2233-2242 (2012).
- Mazzaferro, S., et al. Bivalent sequential binding of docetaxel to methyl-beta-cyclodextrin. Int J Pharm. 416, 171-180 (2011).
- Iwase, Y., Maitani, Y. Preparation and in vivo evaluation of liposomal everolimus for lung carcinoma and thyroid carcinoma. Biol Pharm Bull. 35, 975-979 (2012).
- Mishra, G. P., Doddapaneni, B. S., Nguyen, D., Alani, A. W. Antiangiogenic effect of docetaxel and everolimus as individual and dual-drug-loaded micellar nanocarriers. Pharm Res. 31, 660-669 (2014).
- Xu, W., Ling, P., Zhang, T. Polymeric micelles, a promising drug delivery system to enhance bioavailability of poorly water-soluble drugs. J Drug Deliv. 2013, 340315 (2013).
- Lavasanifar, A., Samuel, J., Kwon, G. S. Poly(ethylene oxide)-block-poly(L-amino acid) micelles for drug delivery. Adv Drug Deliv Rev. 54, 169-190 (2002).
