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Chemistry

La encapsulación de cáncer terapéutica Agente dacarbazina Uso de lípidos nanoestructurados Carrier

Published: April 26, 2016 doi: 10.3791/53760

Summary

El método más comúnmente utilizado para la síntesis de vehículo lipídico nanoestructurado (NLC) implica emulsión de aceite-en-agua, la homogeneización y la solidificación. Esto fue modificado aquí mediante la aplicación de dispersión de alta cizalladura después de la solidificación para lograr una NLC con el tamaño deseable, la mejora de la encapsulación de fármacos y la eficiencia de carga de fármaco como un vehículo potencial para la administración dacarbazina.

Abstract

La única fórmula de la dacarbazina (DAC) en el uso clínico es la infusión intravenosa, presentando un perfil terapéutico pobre debido a la baja dispersidad del fármaco en solución acuosa. Para superar esto, un soporte nanoestructurado de lípidos (NLC) que consiste en palmitoestearato de glicerilo y miristato de isopropilo fue desarrollado para encapsular Dac. CEN con tamaño controlado se lograron usando dispersión de alto cizallamiento (HSD) después de la solidificación de la emulsión aceite-en-agua. Los parámetros de síntesis, incluyendo la concentración de surfactante, la velocidad y el tiempo de HSD fueron optimizados para conseguir el NLC más pequeño con el tamaño, índice de polidispersión y el potencial zeta de 155 ± 10 nm, 0,2 ± 0,01, y -43,4 ± 2 mV, respectivamente. También se emplearon los parámetros óptimos para la preparación NLC-Dac cargado. El NLC resultante cargado de Dac poseía tamaño, índice de polidispersión y el potencial zeta de 190 ± 10 nm, 0,2 ± 0,01, y -43,5 ± 1,2 mV, respectivamente. La encapsulación de fármacos efdeficiencia y la carga de fármaco llegaron a 98% y 14%, respectivamente. Este es el primer informe sobre el uso de encapsulación de Dac NLC, lo que implica que NLC podría ser un nuevo candidato potencial como vehículo para fármacos para mejorar el perfil terapéutico de Dac.

Introduction

Dacarbazina (DAC) es un agente alquilante que ejerce actividad antitumoral a través de ácidos nucleicos o metilación lesión directa del ADN, lo que lleva a la detención del ciclo celular y la muerte celular 1.

Como primera línea de agente quimioterapéutico, Dac se ha utilizado solo o en combinación con otros fármacos de quimioterapia para el tratamiento de varios tipos de cáncer 2-6. Es el agente más activo utilizado hasta ahora en el tratamiento de melanoma cutáneo metastásico y, que es la forma más agresiva de 3,7,8 cáncer de piel. La tasa de respuesta, sin embargo, es sólo el 20% como mucho, y los efectos terapéuticos a menudo se acompañan de efectos secundarios sistémicos graves.

En su forma natural, Dac es hidrófilo y es inestable debido a su fotosensibilidad 9. La única fórmula disponible para uso clínico actualmente es un polvo estéril para ser usado en suspensión durante 7,8 infusión intravenosa. La tasa de respuesta baja y alta toxicidad sistémica rcomió de la droga es atribuible en gran parte a su escasa solubilidad en agua, por lo tanto, baja disponibilidad en el lugar de destino, y la alta distribución en sitios no diana, lo que limita la dosis máxima del fármaco 10. La rápida degradación y el metabolismo después de la admisión intravenosa junto con el desarrollo de resistencia a los medicamentos limitan la aplicación clínica y el efecto terapéutico del fármaco 11. Por lo tanto, existe una necesidad urgente de desarrollar formulaciones alternativas Dac para tratar el melanoma maligno.

Los sistemas coloidales que contienen liposomas, micelas o partículas nanoestructuradas se han investigado intensamente para su uso en la administración de fármacos tal como fue revisado por Marilene et al. 12 partículas nanoestructuradas como portadores potenciales de fármacos han estado atrayendo cada vez más atención en la última década debido a su capacidad de aumentar la carga de fármaco la eficiencia, la liberación del fármaco de control, mejorar la farmacocinética y biodistribución de drogas, y por lo tanto, reducir drogas toxicidad sistémica 13. Sólo unos pocos nanoformulations, sin embargo, se han investigado hasta la fecha para la entrega de Dac, que muestra la protección de la droga de la degeneración de la foto, el aumento de la solubilidad del fármaco, y una mejor efecto terapéutico 10,14,15. Sin embargo, estas formulaciones sufrido de baja eficiencia de encapsulación, mientras que algunos también el uso de nanopartículas de polímeros sintéticos que no son rentables.

Portadores nanoestructurados de lípidos (NLC), hechas de una mezcla de lípidos sólidos y líquidos, se han desarrollado para la administración de fármacos 16,17. Los medicamentos para ser encapsulados son a menudo solubles en tanto los lípidos líquidos y lípidos fases sólidas 18, lo que resulta en una alta carga y liberación 19 controlada. Este estudio tiene como objetivo desarrollar una nueva formulación basada en Dac NLC-encapsulación usando el palmito-glicerilo y miristato de isopropilo como lípidos. La preparación involucrada aceite-en-agua, la evaporación, la solidificación, y homogenizationorte. Las preparaciones se han caracterizado por el tamaño NLC, forma, ultraestructura, y dispersidad, eficiencia de encapsulación de drogas y la carga de fármaco 20.

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Protocol

1. Preparación de emulsión de aceite-en-agua

  1. Pesar el palmito-glicerilo (120 mg), miristato de isopropilo (60 mg), d-α-tocoferol succinato de polietilenglicol (30 mg) y lecitina de soja (30 mg), y añadirlos a 12,5 ml de disolventes orgánicos (6,25 ml de acetona y 6,25 ml de etanol). se disuelven rápidamente la mezcla a la temperatura de 70 ° C (5 ° C por encima del punto de fusión del lípido sólido) en baño de agua.
  2. Añadir o bien 125, 250 o 375 mg de Poloxamer188 en 12,5 ml de ddH 2 O para lograr 1-3% (respectivamente) de solución de Poloxamer 188, que está sujeta a calentamiento a la misma temperatura que anteriormente.
  3. Añadir la solución de fase acuosa de la etapa 1.2 a la solución de fase de aceite de la etapa 1.1, gota a gota para formar emulsiones en agitación magnética a 400 rpm. Se agita la emulsión a 400 rpm durante otras 4 horas para permitir la evaporación de los disolventes orgánicos.

2. La solidificación y homogeneización

  1. Deja tél emulsión en una habitación fría (4 ° C) durante 2 hr a solidificar / cristalizar.
  2. Para obtener NLC, someter la emulsión a alta dispersión pura (HSD) con un homogeneizador a 10.000-15.000 rpm durante 10-40 min.

3. Optimización de la Preparación NLC

  1. Tomar muestras de la etapa 2.2 con una concentración de tensioactivo de 1, 2 y 3% HSD sometido a velocidades de 10.000, 15.000 y 20.000 rpm, respectivamente, y los intervalos de tiempo de 10, 20, 30 y 40 min, respectivamente,
  2. Examine las muestras para el tamaño de partícula (PS), índice de dispersión de poli (PDI), la morfología y la ultraestructura 20.
    Nota: Los parámetros que producen partículas con el tamaño más pequeño (155 nm) y el valor PDI (0,2) se determinan como óptima.

4. Preparación de NLC-cargado Dac (NLC-Dac)

  1. Preparar la solución de fase de aceite como se describe en el paso 1.1 con la adición de Dac (70 mg) antes de disolver la mezcla a 70 ° C en baño de agua.
  2. Prepare una solución fase acuosa como se describe en el paso 1.2 con 1% de tensioactivo, y añadir esta solución a la preparada en la etapa 4.1, gota a gota para formar una emulsión bajo agitación magnética a 400 rpm. Se agita la emulsión durante más de 4 horas para evaporar los disolventes orgánicos.
  3. Deja la emulsión en una habitación fría (4 ° C) durante 2 horas para solidificar / cristalizar como se describe en el paso 2, y, finalmente, someter la emulsión a alta dispersión pura (HSD) usando los parámetros óptimos determinados en el paso 3.

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Representative Results

Las preparaciones de la NLC y NLC-Dac utilizando el palmito-glicerilo y miristato de isopropilo con diferentes parámetros se caracterizaron por PS, PDI, la morfología y ultraestructura 20. El PS y PDI de los CEN fueron la concentración de surfactante, la velocidad y la duración depende HSD. A juzgar por PS y PDI de los CEN, los mejores resultados se lograron con 1% de agente tensioactivo y una velocidad de dispersión pura de 15.000 rpm durante 30 min (Figura 1A, B y C), que por lo tanto wwew seleccionado como los parámetros óptimos para NLC preparación en este estudio.

Figura 1
Figura 1. Optimización de los parámetros utilizados en la preparación de NLC. La concentración óptima de surfactante y la velocidad y el tiempo de HSD se determinaron en función de su efecto sobre PS y PDI. ( (B) Efecto de la velocidad y la hora en PS HSD; (C) Efecto de la velocidad y el tiempo HSD en la PDI. Esta figura se ha modificado desde el 20. Los datos se presentan como el valor medio de 3 repeticiones ± desviación estándar (media ± DE).

Los parámetros óptimos se utilizaron para la preparación NLC-Dac. El tamaño más pequeño alcanzado fue de 150 ± 10 nm para NLC (Figura 2A) y 190 ± 10 nm para NLC-Dac (Figura 2B), ambos con PDI de 0,2 ± 0,001, lo que indica una buena uniformidad.

Figura 2
Figura 2. DLS medición de NLC (A) La distribución óptima del tamaño de la llanura NLC.; (B) la distribución óptima del tamaño de NLC-Dac.

(Figura 3).

figura 3
Figura 3. TEM imágenes de NLC y NLC-Dac. Tanto NLC y NLC-Dac mostró una forma esférica. (A) Básica NLC estructura comprende una capa de surfactante (sólido flecha negro), matriz lipídica líquida (flecha blanca sólida), y los cristales de lípidos sólidos (flechas blancas punteadas); (B) NLC-Dac también exhibió la estructura básica como se ve en NLC pero los cristales de la capa de surfactante, la matriz lipídica líquida y sólida de lípidos aparecían expandido; una subestructura adicional podría ser visto dentro de los cristales sólidos de lípidos (indicados por flechas negras punteadas), indicativo de la carga de fármaco. barra de escala: 50 nm, Ampliación: 55,000X. Esta figura se ha modificado desde el 20.

"1"> La carga y la encapsulación de Dac en NLC es indicado por el tamaño y estructura cambios como se ve en las figuras 2 y 3, cuando NLC-Dac muestra un mayor tamaño y una alteración de las estructuras internas en comparación con NLC. La estructura básica de NLC comprende una capa de surfactante, una matriz lipídica líquido y cristales de lípidos sólidos (Figura 3A). NLC-Dac también exhibió la estructura básica como un NLC pero con capa de surfactante expandido, matriz lipídica líquido y cristales de lípidos sólidos, junto con una subestructura adicional dentro de los cristales sólidos de lípidos (Figura 3B), indicativo de la carga de fármaco y la encapsulación. Los cristales de lípidos sólidos visto en NLC aparecieron más densa que la de NLC-Dac, lo que indica que el lípido sólido es menos cristalizado en NLC-Dac.

La eficiencia de encapsulación de fármacos (FE) y la carga de fármaco porcentaje (DL) se obtuvieron a partir de las siguientes ecuaciones:

"Fo: keep-together.within-page =" 1 "> EE% = W 1 - W 2 / W 1 x 100 = 98,5%

DL% = W 1 - W 2 / W 3 x 100 = 14%

donde W 1 cantidad de Dac añadió en el NLC, W 2 cantidad de no-atrapado Dac, W 3 cantidad de los lípidos añadió 20.

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Discussion

partículas nanoestructuradas basadas en lípidos han sido utilizados para proporcionar un soporte altamente lipofílico para la entrega de fármacos hidrófobos. Un NLC es la segunda generación de la compañía nanoestructurado de lípidos sólidos, que son sólidos a temperatura ambiente y corporal. La incorporación de un lípido sólido en un lípido líquido en un NLC resultados en una cristalización menos perfecta, aumentando así la eficiencia de la carga de fármaco y también la reducción de la expulsión de fármacos encapsulados durante el almacenamiento.

Para la síntesis NLC, el método más comúnmente utilizado implica aceite-en-agua, la homogeneización y la solidificación / cristalización 21,22. La homogeneización permite CEN para dispersar a fondo en una fase acuosa, mientras que la solidificación a baja temperatura permite que la fase de aceite interna a cristalizar. Se ha informado de diferentes métodos de homogeneización incluyendo agitación magnética, ultrasonidos, y HSD que se utilizan antes y / o durante la solidificación 23,24

En este estudio, el método utilizado comúnmente fue seguida inicialmente para la preparación NLC. Como el resultado no fue satisfactorio, el método se modificó de tal manera que HSD se aplicó después de la solidificación. Esta modificación ha resultado ser muy eficaz en la generación de partículas, control de PS y PDI, mientras que también hace la síntesis NLC más simple, en comparación con los informes anteriores sobre la preparación NLC utilizando los mismos lípidos 23,25. Fue la pena señalar que la longitud de la evaporación (protocolo 1.3) y la solidificación (protocolo 2.1) es muy crítica como demasiado largo o demasiado corto un tiempo tendría efectos negativos en la generación de NLC.

Este estudio sugiere que se formaron partículas NLC y su agregación durante la solidificación. El HSD podría interrumpir la agregación, que era posiblemente debido a la interacción hidrófoba entre CEN, y también estabilizar las partículas remezclando a fondo con surfactante. El procedimiento de síntesis se optimizó tales tsombrero de la NLC y NLC-Dac fueron producidos con un tamaño de 155 ± 10 nm y 190 ± 10 nm, respectivamente, y un PDI de 0,2 ± 0,01. El alto nivel de uniformidad con tamaños de partícula pequeños y los valores de PDI indica que una energía suficiente dispersión se logró y está bien distribuida dentro de la solución para la interrupción de agregados de partículas. Se ha sugerido que las partículas de 100 a 200 nm no son propensos a la absorción por las células no diana, incluyendo el sistema fagocítico mononuclear, por lo tanto tener un tiempo de circulación en sangre a largo in vivo 26,27, mientras que un PDI de más de 0,5 es una indicación de la agregación de partículas 28; cuanto menor es el valor PDI, mayor será la homogeneidad de tamaño entre las partículas 29. El aumento adicional de la velocidad HSD y el tiempo por encima del punto óptimo podría resultar en una reducción adicional PS, y en consecuencia un aumento de las interacciones entre las partículas pequeñas, así como re-agregación. La diferencia en el tamaño y la estructura entre NLC y NLC-Dac sugiere que la carga Dac y la encapsulación se ha realizado correctamente. El fármaco de unión a la capa exterior de la NLC y la encapsulación dentro de matrices lipídicas proporcionan la posibilidad de una liberación prolongada del fármaco, que podrían implicar la liberación del fármaco en primer lugar de la capa exterior, seguido por la liberación de la matriz lipídica líquido y después de los cristales lipídicas sólidas del NLC 30.

Actualmente cuatro nanoformulations se han intentado para la entrega de Dac como agente único. La última formulación reportado fue diseñado para la encapsulación duelo de Dac y vitamina A 32. Sin embargo, estas formulaciones sufren de una baja eficiencia de encapsulación y / o procedimientos de síntesis relativamente compleja. Este es el primer informe para la encapsulación de Dac con un NLC, lo que demuestra ventajosa sobre otras encapsulaciones anteriormente. NLC-Dac es fácil de hacer y presenta mayor eficiencia de encapsulación de fármacos y la carga de fármaco 20. El NLC-Dac mostró casi el 50% defármaco liberado dentro de las primeras 2 horas, mientras que los restantes libera lentamente durante un máximo de 30 horas 20. La liberación temprana podría ser debido a la unión del fármaco con la capa de agente tensioactivo sobre la superficie de la NLC, lo que indica que esta formulación puede no ser ideal para reemplazar la formulación actualmente en uso clínico. Sin embargo, el fármaco en NLC-Dac apareció más estable en comparación con la nanoemulsión se informó anteriormente 10. Además, se han propuesto los vehículos a base de lípidos para el tratamiento del melanoma cutáneo y el carcinoma epidermoide través de la administración de fármacos tópicos de 32,10, lo que indica que el NLC-Dac desarrollado en este estudio también podría ser potencialmente beneficioso para la aplicación tópica en la liberación del fármaco temprana no sería potencialmente conducir a la toxicidad sistémica grave.

Debido a las limitaciones colectivas con los portadores de administración de fármacos disponibles desarrollado hasta el momento, se necesita más investigación para desarrollar nanomateriales más avanzados para la entrega de Dac objetivotratamiento para el cáncer.

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Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgments

Los autores reconocen la beca financiada por Arabia Saudí (I821) por hacer posible la investigación. Los autores agradecen al Dr. Liu Xianwei para el apoyo de expertos en análisis de TEM en la Universidad de Cranfield.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Dacarbazine (DAC) Sigma Aldrich (Gillingham Dorset, UK) D2390-100MG drug used for uploading
glyceryl palmitostearate  Gattefossé (Saint_Priest_cédex, France) 85251-77-0 solid lipid 
d-α- Tocopherol polyethylene glycol succinate (TPGS) Sigma Aldrich (Gillingham Dorset, UK) 57668 lipid phase surfactant
Poloxamer 188 Sigma Aldrich (Gillingham Dorset, UK) 15759-1KG liqiud phase surfactant
Acetone  Sigma Aldrich (Gillingham Dorset, UK) 650501-1L organic solvent
Ethanol  Sigma Aldrich (Gillingham Dorset, UK) 459836-1L organic solvent
Soybean lecithin (SL) Cuisine Innovation (Dijon, France) SLL1402 lipid phase surfactant
Double-distilled water was collected in our laboratory from Millipore-Q Gradient A10 ultra-pure water system (Millipore, France) SAS - 67120  aqueous phase 
T 25 digital ULTRA-TURRAX IKA 3725000 as high shear disperser
Hotplate Magnetic Stirrer Scientific Support, Inc 1454  emulsion homogenization

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References

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