We report on a smart application of carbon nanotubes for kinetic stabilization of lipid particles that contain self-assembled nanostructures in their cores. The preparation of lipid particles requires rather low concentrations of carbon nanotubes permitting their use in biomedical applications such as drug delivery.
אנו מציגים שיטה קלילה להכין חלקיקי שומני nanostructured על מנת לייצב את צינורות פחמן (CNTs). חד-דופנות (וטהור) ו-חומה רבה (פונקציונלי) CNTs משמש מייצב לייצר סוג פיקרינג שמן-ב-מים (O / W) אמולסיות. ליפידים כלומר, Dimodan U ו- Phytantriol משמשים כמו מתחלבים, אשר המים העודפים עצמית להרכיב לשלב Pn3m מעוקב bicontinuous. שלב צמיג מאוד זה מקוטע לחלקיקים קטנים יותר באמצעות בדיקת ultrasonicator בנוכחות מייצבים פעילים שטח קונבנציונליים או CNTs כפי שנעשה כאן. בתחילה, CNTs (בצורת אבקה) מפוזרים במים ואחריו ultrasonication נוספת עם השומנים מותכת כדי ליצור את התחליב הסופי. במהלך תהליך זה CNTs לקבל מצופה מולקולות שומנים בדם, אשר בתורו הן בחזקים להקיף את טיפות שומנים כדי ליצור תחליב חלקיקים כי הוא יציב במשך חודשים. הגודל הממוצע של חלקיקי שומני nanostructured CNT-התייצב נמצא r submicronange, אשר משווה גם עם החלקיקים התייצב באמצעות פעילי שטח קונבנציונליים. נתוני רנטגן פיזור זווית קטן מאשר את השמירה של שלב Pn3m מהעוקב המקורי תפוצות שומני CNT-התייצבו לעומת שלב השומנים הטהור (המדינה בתפזורת). ולכחול והורדה של העוצמות בסול מאפיין והלהקות 'G של CNTs שנצפתה ספקטרוסקופיית ראמאן לאפיין את האינטראקציה בין מולקולות פני שטח שומני CNT. התוצאות מראה כי יחסי הגומלין בין CNTs והשומנים אחראים הייצוב הדדי בתמיסות מימיות. ככל הריכוזים של CNTs מועסק לייצוב נמוכים מאוד ומולקולות שומנים מסוגלות functionalize את CNTs, הרעילות של CNTs צפויה להיות מבוטל תוך ההתאמה הביולוגית שלהם היא מאוד משופרת. לפיכך הגישה הנוכחית מוצאת פוטנציאל גדול יישומים ביו שונים, למשל, לפיתוח מערכות nanocarrier היברידי עבור משלוח של מ 'רובי מולקולות תפקודיות כמו טיפול משולב או polytherapy.
במהלך העשורים האחרונים, ננוטכנולוגיה התפתחה ככלי רב עוצמה במיוחד בתחום פיתוח פרה-קליניים של תרופות למאבק במחלות לשמצה כגון סרטן 1. בהקשר זה, מבנים ננומטריים עם גודל <1,000 ננומטר נחקרים נרחב ככלי משלוח של ביומולקולות השונים הפועלים כגון תרופות, חלבונים, חומצות גרעין, גנים וסוכני הדמיה לאבחון 1-4. ביומולקולות אלה כמוסות או בתוך החלקיקים או מצומדות על פני שטח של חלקיקים ומשתחררות באתר של פעולה על ידי גורמים כגון pH או 5,6 טמפרטורה. למרות מאוד קטן בגודלם, שטח פנים הגדול של ננו-חלקיקים אלו מוכיח להיות יתרון מאוד עבור משלוח ממוקד של ביומולקולות פעילה. השליטה על גודל החלקיקים ואת biocompatibility הוא בעל חשיבות עליונה על מנת לייעל את היעילות הטיפולית ומכאן תחולת חלקיקים 7,8.ליפידים 9-13, פולימרים 14,15, מתכות 16,17 צינורות פחמן 18,19 הועסקו בכינויו nanocarriers עבור יישומים ביו או תרופות שונות.
יתר על כן, יישומי nanocarrier מבוססים על ננו עצמית התאספה שומנים יש משמעות רחבה בהרבה תחומים אחרים, כוללים מזון וקוסמטיקה 20,21. למשל, הם משמשים התגבשות חלבון 22, הפרדת ביומולקולות 23, כמו ייצוב מזון למשל, בקינוחים 24, ובסופו של משלוח של מולקולות פעילות כגון חומרי הזנה, חומרי טעם וריח ובשמים 25-31. ננו שומנים עצמי התאסף לא רק את היכולת לשחרר מולקולות ביו בצורה מבוקרות וממוקד 32-38 אבל הם גם מסוגלים להגן על המולקולות התפקודיות מפני השפלה הכימית אנזימטיים 39,40. למרות bilayer נוזל מישוריים הוא הכי commעל ננו-מבנה שנוצר על ידי מולקולות השומנים amphiphilic בנוכחות של מים, מבנים אחרים כגון משושה ו מעוקב הם נצפו גם 20,41,42 נפוץ. הסוג של ננו-מבנה שנוצר תלוי במבנה המבנה המולקולרי "השומנים, רכב השומנים במים כמו גם על תנאי הפיסיקלי כימי מועסק כגון טמפרטורה ולחץ 43. תחולת ננו השומנים הלא מישוריים במיוחד כי הפאזות מעוקב, מוגבלת בגלל הצמיגות שלהם גבוהה ועקביות תחום הלא הומוגנית. בעיות אלה הם להתגבר על ידי פיזור ננו ליפיד כמות גדולה של מים ליצירת שמן-ב-מים (O / W) תחליבים המכילים מיקרון או חלקיקים השומנים בגודל submicron. באופן זה, מוצר מתאים של צמיגות נמוכה ניתן להכין תוך שמירה על המבנה עצמי התאסף שומנים המקוריים בתוך חלקיקים המפוזרים. ההיווצרות הפנימית אלה חלקיקים עצמיים התאסף (המקוצרת כמו ISAsomes 44 </sup> למשל, cubosomes משלב מעוקב hexosomes משלב משושה) נפוץ דורש שילוב של צעד השקעת אנרגיה גבוהה והוספת מייצבים כגון פעיל שטח או פולימרים. מחקרים שנערכו לאחרונה בכיוון זה מדגים את היישום של חלקיקים מוצקים שונים 45 כולל חלקיקי סיליקה 46, חימר 47-49 צינורות פחמן 50 לייצוב תחליבים הנ"ל, כינה מתאים, פיקרינג 51 או Ramsden-פיקרינג תחליבים 52.
בשנים האחרונות, פחמן המבוסס ננו כגון צינורות פחמן חד-דופנות (SWCNTs), צינורות פחמן רב חומה (MWCNTs) ו פולרנים קיבלו תשומת לב רבה כמו biomaterials הרומן 53,54. החששות העיקריים הם רעילותם 55-58, insolubility מים 59 ומכאן biocompatibility שלהם 56. דרך יעילה להתמודד עם בעיות אלה היא פונקצית המשטחalization באמצעות מולקולות רעילות ביולוגיות כגון שומנים. בנוכחות של מים, שומנים אינטראקציה עם CNTs באופן משטח הידרופובי של CNTs מוגן מפני בתווך מימי הקוטב ואילו קבוצות ראש הידרופילי השומנים לסייע מסיסות או פיזורם במים 60,61. ליפידים הם המרכיבים בלתי נפרד אברונים הסלולר, כמו גם כמה חומרי מזון, ולכן קישוט שלהם רצוי להקטין את רעילות in vivo של CNTs. יישומים ביו-רפואיים המבוססים באופן עצמאי על CNTs 18,19 ו ננו השומנים 9-13 נמצאים תחת פיתוח נרחב אך יישומים המשלבים תכונות של שני עדיין לא-בחנו היטב.
בעבודה זו, אנו מעסיקים שני סוגים שונים של שומנים ושלושה סוגים של CNTs מתוכם SWCNTs הם בצורה והטהורה ואילו MWCNTs הם פונקציונליים עם הידרוקסיל וקבוצות קרבוקסיליות. השתמשנו בריכוזים נמוכים מאוד של CNTs להכין את התפוצות אשריציבות תלויה במספר גורמים כגון סוג של שומנים בדם, סוג של CNT, יחס של השומנים כדי CNT בשימוש, כמו גם על הפרמטרים sonication המועסקים כגון כוח ומשך. פרוטוקול וידאו זה מספק פרטים טכניים של שיטה של ייצוב חלקיקי שומני kinetically באמצעות CNT-מייצבים שונים.
ייצוב של חלקיקי שומנים
שלושה CNTs שונים משמשים לייצוב תפוצות השומנים; שתיים מהם רבי חומה ו פונקציונלי באמצעות -OH וקבוצות -COOH, ואחד הוא יחיד חום ולא פונקציונלי (וטהור). את CNTs מגוונות בגודל כדלקמן (אורך x קוטר): MWCNT-COOH: 9.5 ננומטר x 1.5 מיקרומטר; MWCNT-OH: 8-15 ננומטר x 50 מיק…
The authors have nothing to disclose.
ברצוננו להודות לד"ר מתיו ג 'בייקר, עכשיו באוניברסיטת Strathclyde, גלזגו על התמיכה עם ניסויים רמן מר ניק גונט עבור עבודתו מראש של הפרויקט הזה.
Dimodan U | Danisco | 15312 | Store at 4°C, Non-hazardous. Irritant to eyes and skin |
Phytantriol (> 95%, GC) | TCI Europe N.V. | P1674 | Store at 4°C, Non-hazardous. Irritant to eyes and skin |
Single walled Carbon Nanotubes (90%) | Nanostructured & Amorphous Materials, Inc. | 1246YJS | Store at room temperature. Away from direct light. Irritating to eyes, skin and respiratory system |
Multi-walled carboxylic acid functionalised Carbon Nanotubes (> 80% Caron basis, > 8% carboxylic acid functionalized) | Sigma-Aldrich Co. LLC | 755125 | Store at room temperature. Away from direct light. Causes serious eye irritation. May cause respiratory irritation |
Graphitized Multi-walled hydroxy functionalised Carbon Nanotubes (99.9%) | Nanostructured & Amorphous Materials, Inc. (NanoAmor) | 1224YJF | Store at room temperature. Away from direct light. Irritating to eyes, skin and respiratory system |
Pluronic F127 | Sigma-Aldrich Co. LLC | P2443 | BioReagent, suitable for cell culture. Not a hazardous substance or mixture. Store at room temperature. |
Acetone (99.5%) | Fisher Scientific | 10134100 | Highly flammable liquid. Causes serious eye irritation. May cause drowsiness or dizziness |
Scintillation Vial | VWR International Ltd | 548‐0704 | Soda‐lime glass vial with low background count Fitted with foil lined urea cap, 20 ml |
Jars with loose, enfolding lids (375ml) | VWR International Ltd | 216-3308 | |
Beaker , 1000mL | Fisher Scientific | 12942161 | heavy duty, low form, with spout and graduations |
Pasteur glass pipette (150 mm length) with latex bulb | Fisher Scientific | 10006021 | |
Microcentrifuge tube conical snap cap 1.5mL | Fisher Scientific | 11558232 | |
Spatula | Fisher Scientific | 11352204 | |
Heating magnetic stirrer | Fisher Scientific | 11715704 | |
Magnetic stirrer bars (cylindrical, opaque PTFE, 30mm x 7mm (l x diameter)) | Fisher Scientific | 10011792 | |
Needle (0.9 mm x 40 mm cannula length) | Terumo UK Ltd | MN-2038MQ | |
Retort Stand Set – With stand, clamp, base, rod, rubber 3 jaw and bosshead | Camlab Ltd, UK | 1177157 | |
Millipore water equipment | Barnstead Nanopure, Thermoscientific, USA | ||
Progen Genfuge 24D Digital Microcentrifuge | Progen Scientific | C-2400 | |
Probe ultra-sonicator, with 13 mm | SONICS, Vibracell, USA | ||
5MP camera with auto-focus and LED flash | Samsung Galaxy Fame Mobile camera | ||
Raman Spectrometer | Horiba Jobin-Yvon LabRAM HR800 spectrometer | ||
Mastersizer 3000 | Malvern Instruments Ltd, Malvern, United Kingdom | ||
Small angle X-ray scattering (SAXS) | SAXSpace camera (Anton Paar, Graz, Austria), X-ray generating equipment (ISO-DEBYEFLEX3003, GE Inspection Technologies GmbH), closed water circuit (Chilly 35, HYFRA, Germany). |