Un approccio Facile ed efficiente per la produzione di micelle reversibile Disulfide Croce-linked
Özet
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
La nanomedicina è una forma emergente di terapia che sfrutta le proprietà uniche di particelle che sono nanometri di scala per applicazioni biomediche. Migliorare la somministrazione di farmaci per massimizzare i risultati terapeutici e per ridurre gli effetti collaterali farmaco-associati sono alcuni dei capisaldi della odierna nanomedicina. Nanoparticelle, in particolare, hanno trovato una vasta applicazione nel trattamento del cancro. Le nanoparticelle che offrono un elevato grado di flessibilità nella progettazione, applicazione e produzione basata sul microambiente tumorale sono progettati per essere più efficace con rapida traduzione in pratica clinica. Il polimerico micellare nano-vettore è una scelta popolare per le applicazioni di consegna della droga.
In questo articolo, si descrive un protocollo semplice ed efficace per sintetizzare, micelle reticolati disolfuro droga caricata sulla base del auto-assemblaggio di un copolimero ben definito amphiphilic lineare dendritiche (telodendrimer, TD). TD è composto da polietilene glycol (PEG) come il segmento idrofilo e un gruppo di acido colico tiolati come idrofobico frazione stepwise divisoria formazione nucleo a un PEG ammina-terminato con la soluzione basata chimica dei peptidi. I farmaci chemioterapici, quali paclitaxel (PTX), possono essere caricati utilizzando un metodo di evaporazione del solvente standard. L'ossidazione mediata O 2 è stato precedentemente utilizzato per formare intra-micellari disolfuro cross-link da gruppi tiolo liberi sul TD. Tuttavia, la reazione è lenta e non fattibile per produzione su larga scala. Recentemente, un metodo di ossidazione H 2 O 2 mediata è stata esplorata come un approccio più fattibile ed efficiente, ed era 96 volte più veloce rispetto al metodo precedentemente riportato. Usando questo approccio, 50 g di PTX-caricati, disolfuro nanoparticelle reticolati sono stati prodotti con successo con ristretta distribuzione granulometrica ed efficienza elevato carico di droga. La stabilità della soluzione micellare risultante viene analizzato usando condizioni di interferenza come co-incubazione with un dodecil solfato di detersivo, di sodio, con o senza un agente riducente. Le micelle, disolfuro reticolati droga-caricato dimostrato attività meno emolitica rispetto alle loro controparti non-cross-linked.
Introduction
La nanotecnologia è un campo in rapida emergente che ha beneficiato di un certo numero di settori biomedici 1. Nanoparticelle forniscono opportunità per la progettazione e la sintonizzazione proprietà che non sono realizzabili con altri tipi di terapie convenzionali. Nano-vettori migliorano la stabilità di farmaci contro la biodegradazione, prolungare il tempo di circolazione di droga, a superare i problemi di solubilità di droga, e può essere messa a punto per la somministrazione di farmaci mirati e per gli agenti di imaging co-fornitura di 1,2. sistemi di consegna di nanoparticelle a base di promettenti nella diagnostica per immagini del cancro e nel trattamento. Vasculatures tumorali sono che perde di macromolecole e possono portare ad accumulo preferenziale di nanoparticelle che circola in siti tumorali attraverso la permeabilità migliorata ed effetto 3 ritenzione (EPR). Tra i vari nano-vettori (per esempio, liposomi, idrogel, e micelle polimeriche) che sono attivamente perseguiti come vettori di farmaci anti-cancro, micelle polimeriche hanno guadagnato vasta popolarità nel corso esimoe nell'ultimo decennio 4,5.
micelle polimeriche sono un sistema termodinamico che, su somministrazione endovenosa, possono potenzialmente essere diluito al di sotto della concentrazione micellare critica (CMC), che porta alla loro dissociazione in unimers. strategie di reticolazione sono stati impiegati per minimizzare la dissociazione micellare in unimers. Tuttavia, micelle eccessivamente stabilizzati possono impedire il farmaco da rilasciare ai siti bersaglio, riducendo così l'efficacia terapeutica complessiva. Diversi approcci chimici sono stati esplorati per rendere la reticolazione degradabili in risposta redox o agli stimoli esterni, quali ponti disolfuro riducibili 6,7 e pH-cleavable 8 o estere idrolizzabile legami 9,10.
Abbiamo già riferito la progettazione e la sintesi di nanoparticelle micellari costituiti da acido colico dendritiche (CA) blocchi e glicole polietilene lineare (PEG) copolimeri, denominato telodendrimers (TD) 11-15 </sup>. Questi TDs sono rappresentati come PEG nK -CAy (dove n = peso molecolare in kilodaltons (K), y = numero di acido colico (CA) unità). Essi sono caratterizzati dalla loro piccole dimensioni, shelf lunga durata ed alta efficienza in farmaci incapsulamento come paclitaxel (PTX) e doxorubicina (DOX) nel core idrofobico. I blocchi di TD, come PEG, lisina, e CA, sono biocompatibili, e la presenza di una corona PEG possono conferire un carattere "stealth" nanoparticelle, impedendo l'assorbimento non specifico di nanoparticelle micellari dai sistemi reticoloendoteliale.
polimeri lineari-dendritica tiolati possono essere facilmente generati introducendo cisteine nella dendritiche dorsale oligo-lisina del nostro TD standard. Questo articolo presenta un protocollo facile per la produzione di un sistema di rilascio di farmaci micellare reversibilmente reticolato introducendo disolfuro legami incrociati nel core idrofobico di TD (Figura 1).
Protocol
Representative Results
Discussion
Diverse le nanoparticelle sono stati studiati per il loro uso potenziale nella somministrazione di farmaci. doxorubicina liposomiale e paclitaxel (PTX) MOLLA umani di albumina sierica nano-aggregati sono tra le nanotherapeutics approvati dalla FDA per il trattamento del cancro. Tuttavia, anche se clinicamente efficace, entrambi questi nanotherapeutics sono relativamente "grandi" dimensioni, e tendono ad accumularsi nel fegato e polmoni. micelle polimeriche con dimensioni delle particelle relativamente più pic…
Açıklamalar
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) | ||
Referanslar
- 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).
