Eine leichte und effiziente Ansatz für die Produktion von Reversible Disulfid Vernetzte Mizellen
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
Nanomedizin ist eine neue Form der Therapie, die die einzigartigen Eigenschaften von Teilchen nutzt, die Nanometer-Skala für die biomedizinische Anwendung sind. Die Verbesserung der Arzneimittelabgabe zu therapeutischen Ergebnisse zu maximieren und Drogen-assoziierte Nebenwirkungen zu reduzieren, sind einige der Eckpfeiler der heutigen Nanomedizin. Nanopartikel haben insbesondere eine breite Anwendung in der Krebstherapie gefunden. Nanopartikel, die ein hohes Maß an Flexibilität in Design, Anwendung bieten, und die Produktion auf der Tumor-Mikroumgebung basieren projiziert effektiver mit schnellen Übersetzung in die klinische Praxis zu sein. Der polymere mizellaren Nanoträger ist eine beliebte Wahl für Drug-Delivery-Anwendungen.
In diesem Artikel beschreiben wir ein einfaches und wirksames Protokoll für wirkstoffbeladene, Disulfid- vernetzte Mizellen auf der Basis der Selbstorganisation von einem gut definierten amphiphilen dendritischen linear-Copolymer (telodendrimer, TD) zu synthetisieren. TD besteht aus Polyethylen gl zusammengesetztycol (PEG) als hydrophiles Segment und ein thiolierten Cholsäure cluster als kernbildende hydrophobe Einheit gebunden schrittweise an ein Amin-terminiertes PEG-Peptid unter Verwendung basierten Lösungschemie. Chemotherapeutika, wie Paclitaxel (PTX), kann unter Verwendung einer Standard-Lösungsmittelverdampfungsverfahren geladen werden. Die O 2 -vermittelte Oxidation wurde zuvor verwendet intra-micellaren von freien Thiolgruppen auf der TDs Vernetzungen Disulfid zu bilden. Allerdings war die Reaktion langsam und nicht durchführbar für die großtechnische Produktion. Kürzlich wurde eine H 2 O 2 -vermittelten Oxidationsverfahren als ein durchführbarer und effizienten Ansatz untersucht, und es war 96 – mal schneller als die zuvor beschriebene Verfahren. Mit diesem Ansatz 50 g PTX belastetes, Disulfid vernetzten Nanoteilchen wurden mit enger Korngrößenverteilung und eine hohe Wirkstoffbeladung Effizienz erfolgreich hergestellt. Die Stabilität der resultierenden Mizellen-Lösung wird analysiert unter Verwendung stören Bedingungen wie Koinkubation with eines Detergens Natriumdodecylsulfat, mit oder ohne Reduktionsmittel. Die wirkstoffbeladenen, Disulfid- vernetzte Mizellen zeigten weniger hämolytische Aktivität im Vergleich zu ihren nicht-vernetzten Pendants.
Introduction
Die Nanotechnologie ist eine sich schnell entwickelnden Feld , das eine Reihe von biomedizinischen Bereichen 1 profitiert hat. Nanopartikel bieten Möglichkeiten für die Gestaltung und Abstimmung Eigenschaften, die nicht möglich mit anderen Typen von konventionellen Therapeutika sind. Nano-Carrier , die Stabilität von Medikamenten gegen biologischen Abbau zu verbessern, Drogenzirkulationszeit verlängern, Arzneistofflöslichkeit Probleme zu überwinden, und kann für eine gezielte Arzneimittelabgabe und für die Co-Abgabe – Bildgebungsmittel 1,2 fein abgestimmt werden. Nanopartikel-basierten Delivery-Systeme halten Versprechen in der Tumordiagnostik und Behandlung. Tumorgefäßsystemen sind undicht Makromoleküle und können über die erhöhte Permeabilität und Retention (EPR) Effekt 3 von zirkulierenden Nanopartikel an Tumorstellen zu Vorzugs Akkumulation führen. Unter den verschiedenen Nanoträger (zB Liposomen, Hydrogele und polymere Mizellen) , die aktiv als Träger für Medikamente gegen Krebs verfolgt werden, haben polymere Mizellen große Popularität über th gewonnene letzten zehn Jahren 4,5.
Polymere Mizellen sind ein thermodynamisches System, das, bei intravenöser Applikation, potentiell unterhalb der kritischen Mizellenkonzentration (CMC) verdünnt werden, was zu ihrer Dissoziation in Unimere. Die Vernetzung Strategien wurden eingesetzt, um mizellare Dissoziation in Unimere minimieren. Jedoch übermäßig stabilisierten Micellen kann das Arzneimittel durch die Freisetzung an den Zielstellen zu verhindern, wodurch die Gesamt therapeutische Wirksamkeit reduziert. Das Vernetzungs abbaubaren in Reaktion auf machen erforscht Redox- oder auf externe Stimuli, wie reduzierbare Disulfidbindungen 6,7 und pH spaltbare 8 oder hydrolysierbaren Esterbindungen 9,10 mehrere chemische Ansätze wurden.
Wir haben bereits berichtet , das Design und die Synthese von mizellaren Nanopartikel bestehend aus dendritischen Cholsäure (CA) blockiert und lineare Polyethylenglykol (PEG) -Copolymeren, die als telodendrimers (TD) 11-15 </sup>. Diese TDs sind dargestellt als PEG nK -CAy (wobei n = Molekulargewicht in Kilodalton (K), y = Anzahl der Cholsäure (CA) units). Sie zeichnen sich durch ihre geringe Größe, lange Haltbarkeit gekennzeichnet, und eine hohe Effizienz in Einkapseln Wirkstoffen wie Paclitaxel (PTX) und Doxorubicin (DOX) in dem hydrophoben Kern. Die Bausteine von TD, wie PEG, Lysin und CA, sind biokompatibel, und die Anwesenheit einer PEG corona kann eine "stealth" Nanoteilchen Charakter verhindert unspezifische Aufnahme von mizellaren Nanopartikel von den retikuloendothelialen Systemen verleihen.
Thiolierte linear-dendritischen Polymere lassen sich leicht durch die Einführung von Cysteinen in die dendritischen Oligo-Lysin Rückgrat unserer Standard-TDs erzeugt werden. Dieser Artikel stellt eine einfache Protokoll zur Herstellung eines reversibel vernetzten mizellaren Arzneimittelabgabesystem durch Disulfid – Vernetzungen in den hydrophoben Kern von TDs (Abbildung 1) eingeführt wird .
Protocol
Representative Results
Discussion
Mehrere Nanopartikel wurden für ihre mögliche Verwendung in Medikamentenabgabe untersucht. Liposomales Doxorubicin und Paclitaxel (PTX) -beladene Humanserumalbumin Nanoaggregaten unter den nanotherapeutics von der FDA zur Behandlung von Krebs zugelassen sind. Obwohl jedoch klinisch wirksam sind beide dieser nanotherapeutics relativ "groß" in der Größe, und sie neigen dazu, in der Leber und Lunge anreichern. Polymere Mizellen mit relativ kleineren Partikelgrößen und höhere Wirkstoffbeladung Kapazitäten…
Disclosures
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) | ||
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