Summary
पॉलीमेरसोम्स स्वयं-इकट्ठे पॉलीमेरिक वेसिकल्स हैं जो गिब्स की मुक्त ऊर्जा को कम करने के लिए गोलाकार आकार में बनते हैं। दवा वितरण के मामले में, अधिक लम्बी संरचनाएं फायदेमंद हैं। यह प्रोटोकॉल अधिक रॉड-जैसे बहुलक बनाने के तरीकों को स्थापित करता है, विस्तारित पहलू अनुपात के साथ, ओस्मोटिक दबाव को प्रेरित करने और आंतरिक वेसिकल वॉल्यूम को कम करने के लिए नमक का उपयोग करता है।
Abstract
पॉलीमेरसोम्स झिल्ली से बंधे होते हैं, बाइलेयर वेसिकल्स एम्फीफिलिक ब्लॉक कोपॉलिमर से बनाए जाते हैं जो दवा वितरण अनुप्रयोगों के लिए हाइड्रोफोबिक और हाइड्रोफिलिक पेलोड दोनों को समाहित कर सकते हैं। अपने वादे के बावजूद, पॉलीमरसोम अपने गोलाकार आकार के कारण आवेदन में सीमित हैं, जो कोशिकाओं द्वारा आसानी से नहीं लिया जाता है, जैसा कि ठोस नैनोपार्टिकल वैज्ञानिकों द्वारा प्रदर्शित किया जाता है। यह लेख गोलाकार पॉली (एथिलीन ग्लाइकोल) (खूंटी) आधारित बहुलकों के पहलू अनुपात को बढ़ाने के लिए नमक आधारित विधि का वर्णन करता है। यह विधि पॉलीमरसोम्स को बढ़ा सकती है और अंततः गठन के बाद डायलिसिस में सोडियम क्लोराइड जोड़कर अपने अंतिम आकार को नियंत्रित कर सकती है। नमक एकाग्रता को विभिन्न रूप में इस विधि में वर्णित किया जा सकता है, ब्लॉक कोपॉलिमर की हाइड्रोफोबिकिटी के आधार पर पॉलीमरेम और लक्ष्य आकार के आधार के रूप में उपयोग किया जा रहा है। लम्बी नैनोकणों में नसों की तरह बड़े व्यास रक्त वाहिकाओं में एंडोथेलियम को बेहतर तरह से लक्षित करने की क्षमता होती है, जहां मार्जिनेशन मनाया जाता है। यह प्रोटोकॉल बहुलकों के दोहरे लोडिंग, लंबे समय से परिसंचारी लाभों के साथ मिलकर विस्तार तकनीकों का उपयोग करके चिकित्सीय नैनोपार्टिकल अनुप्रयोगों का विस्तार कर सकता है।
Introduction
आकार मॉड्यूलेशन नैनोपार्टिकल-मध्यस्थता दवा वितरण में सुधार करने के लिए एक अपेक्षाकृत नया और कुशल तरीका है। न केवल आकृति विज्ञान में परिवर्तन कणों के सतह क्षेत्र को बढ़ाता है, जो बदले में अधिक ले जाने की क्षमता के लिए अनुमति देता है, लेकिन स्थिरता, परिसंचरण समय, जैव उपलब्धता, आणविक लक्ष्यीकरण और नियंत्रित रिलीज1में सुधार करने के लिए बोर्ड भर में इसके निहितार्थ भी हैं। पॉलीमरसोम्स, इस विधि में फोकस के नैनोपार्टिकल, थर्मोडायनामिक रूप से स्वयं को गोलाकार आकार में इकट्ठा करते हैं, जो सेलुलर तेज में अव्यावहारिक साबित हुआ है और एक विदेशी शरीर के रूप में प्रतिरक्षा प्रणाली में अधिक आसानी से पता लगाया जाता है। संरचना को प्रोलेट या रॉड में लगाने में सक्षम होने से दवा वाहक देशी कोशिकाओं की नकल करके मैक्रोफेज से बचने की अनुमति देगा और अधिक सफलतापूर्वक अपने वांछितलक्ष्य2, 3,4,5,6,7तक पहुंचा देगा । पेलोड की झिल्ली-बाध्य सुरक्षा, झिल्ली की उत्तेजना-जवाबदेही, और हाइड्रोफिलिक और हाइड्रोफोबिक दवाओंके दोहरे एनकैप्सुलेशन8,9, 10सहित बहुलकों के महत्वपूर्ण लाभ, जो उन्हें दवा वितरण के लिए मजबूत उम्मीदवार बनाते हैं, आकार मॉड्यूलेशन के दौरान बनाए रखाजाताहै।
पॉलीमरसोम के आकार को मोडुलेट करने में कई अलग-अलग तरीके हैं, और प्रत्येक अपने संबंधित फायदे और नुकसान के साथ आता है। हालांकि, इनमें से अधिकांश विधियां दो श्रेणियों में आती हैं: सॉल्वेंट-चालित और नमक चालित ऑस्मोटिक दबाव परिवर्तन11। दोनों दृष्टिकोणों का उद्देश्य एक गोलाकार संतुलन आकार में बहुलक बनने के बाद मौजूद झुकने वाली ऊर्जा को दूर करना है। एक ऑस्मोटिक दबाव ढाल शुरू करके, बहुलकों को मजबूत झुकने वाली ऊर्जा11,12के बावजूद लम्बी संरचनाओं में झुकने के लिए मजबूर किया जा सकता है।
सॉल्वेंट बेस्ड मेथड किम और वैन हेस्ट13के काम से प्रेरित शेप चेंज की पड़ताल करती है । उन्होंने वेसिकल झिल्ली में कार्बनिक सॉल्वैंट्स को ट्रैप करने और वेसिकल कोर से पानी को बाहर निकालने के लिए एक कार्बनिक सॉल्वेंट और पानी के मिश्रण में पॉलीमरसोम को प्लास्टिक किया। आखिरकार, कण की आंतरिक मात्रा इतनी कम है कि यह बढ़ जाती है। हालांकि इस विधि ने वादा दिखाया है, लेकिन इसमें व्यावहारिकता का अभाव है । इस विधि को मॉड्यूलेशन में शामिल प्रत्येक व्यक्तिगत पॉलीमेरिक बैकबोन के लिए अलग-अलग सॉल्वैंट्स की आवश्यकता होती है। इसलिए, यह आकार परिवर्तन को बढ़ावा देने के लिए व्यापक रूप से लागू नहीं है। इसके विपरीत, नमक आधारित विधि एक समान है और एक सार्वभौमिक चालक का उपयोग करती है जो कई ब्लॉक कोपॉलिमर-आधारित बहुलकों के लिए ऑस्मोटिक दबाव पेश कर सकती है।
यह परियोजना एल 'Amoreaux एट अल14द्वारा पेश की गई नमक-आधारित विधि का उपयोग करती है। इस प्रोटोकॉल में डायलिसिस के दो दौर शामिल हैं। एक का उद्देश्य पॉली (एथिलीन ग्लाइकोल) को शुद्ध और जमना है- बी-पॉली (लैक्टिक एसिड) (खूंटी-पीएलए) पॉलीमरसोम्स को जैविक विलायक को हटाकर जो उत्पादन के दौरान बाइलेयर में फंस सकता है, और एक जो आकार परिवर्तन को बढ़ावा देता है। दूसरा डायलिसिस चरण 50 एमएमएल एनएसीएल समाधान का परिचय देता है जो आकार परिवर्तन को चलाने के लिए एक ऑस्मोटिक दबाव ढाल बनाता है। इस विधि को साल्वा एट अल द्वारा समर्थित किया जाता है, जो ध्यान देते हैं कि समाधान में हाइपरटॉनिक तनाव15सिकुड़ने का कारण बनेगा। यह विधि पहले से प्रकाशित विधि पर बनाता है14 50-200 mM NaCl से दो अलग-अलग पॉलिएस्टर आधारित पॉलिमर्स और विभिन्न नमक ढाल को देखते हुए। पॉलिएस्टर्स का उपयोग उनकी जैव अनुकूलता और बायोडिग्रेडेशन के कारण किया जाता है। नमक ढाल ब्लॉक कोपॉलिमर रीढ़ की हाइड्रोफोबसिटी के आधार पर आकार पर अलग-अलग प्रभाव पड़ता है। इसका उपयोग प्रोलेट्स, रॉड और स्टोमाटोसाइट्स बनाने के लिए किया जा सकता है। इस नमक चालित विधि को प्रतिकृति और प्रयोगात्मक बहुमुखी प्रतिभा की आसानी के कारण चुना गया था।
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Protocol
1. एक विलायक इंजेक्शन विधि का उपयोग कर गोलाकार बहुलक गठन
- ऑर्गेनिक सॉल्वेंट में पॉलिएस्टर्स का विघटन
नोट: पॉलीमरसोम बनाने के लिए एक समय में अपने संबंधित ऑर्गेनिक सॉल्वेंट में केवल एक पॉलिएस्टर को भंग किया जाना चाहिए।- 1.5% वजन की एकाग्रता पर डिमेथिल सल्फोक्साइड (डीएमएसओ) में पॉलिएस्टर्स खूंटी-पीएलए या खूंटी-बी-पॉली (लैक्टिक-सह-ग्लाइकोलिक एसिड) (खूंटी-पीएलजीए) को भंग करें। विशेष रूप से, डीएमएसओ (15 मिलीग्राम/एमएल) के 1 एमएल में चयनित पॉलिएस्टर के 0.015 ग्राम को भंग करें। बहुलक के पूर्ण विघटन के लिए 15 मिनट तक की अवधि की आवश्यकता हो सकती है।
- जबकि पॉलिएस्टर ऑर्गेनिक सॉल्वेंट में घुल रहा है, फिगर 1के मुताबिक सॉल्वेंट इंजेक्शन उपकरण स्थापित करें ।
- वर्टिकल सिरिंज पंप के नीचे सीधे एक हलचल प्लेट रखें। टाइप II डिओनाइज्ड वॉटर के 1 एमएल और हलचल प्लेट पर एक लघु हलचल पट्टी के साथ 5 एमएल ग्लास शीशी रखें।
- सिरिंज पंप की ऊंचाई को समायोजित करें ताकि सुई की नोक को पूरी तरह से टाइप II डिएकोनाइज्ड पानी में डुबोया जा सके।
- सिरिंज पंप की जलसेक दर 5 μL/मिनट के लिए निर्धारित करें ।
नोट: यदि एक छोटी मात्रा सिरिंज पंप का उपयोग किया जाता है, तो सिरिंज के साथ एडाप्टर को रिंग स्टैंड पर स्थापित किया जा सकता है। यदि एक बड़ी मात्रा में सिरिंज पंप का उपयोग किया जाता है, तो ऊंचाई को समायोजित करने के लिए पंप को लैब जैक पर खड़ी रखा जा सकता है।
- एक 1/2 "सुई लंबाई के साथ एक 27 जी सुई में कार्बनिक विलायक और पॉलिएस्टर समाधान (चरण 1.1.1) ड्राइंग द्वारा विलायक इंजेक्शन प्रदर्शन करते हैं।
- सिरिंज पंप में सुई रखें और सुनिश्चित करें कि यह पूरी तरह से सुरक्षित है। सिरिंज प्लंजर के अंत को छूने के लिए पुशर ब्लॉक को समायोजित करें।
- हलचल प्लेट शुरू करें ताकि पानी 100 आरपीएम पर घूम रहा हो, और फिर सिरिंज पंप शुरू करें।
- एक बार सिरिंज पंप पूरी तरह से सरगर्मी पानी में कार्बनिक विलायक और बहुलक संचार किया है, हलचल बार से हटा दें और कांच की शीशी टोपी ।
- गतिशील प्रकाश बिखरने (डीएलएस) के माध्यम से बहुलकों की विशेषता है।
- 1 एमएल पानी लें, अब ऑर्गेनिक सॉल्वेंट और पॉलीमर के एक छोटे प्रतिशत के साथ, और 1 एमएल क्यूवेट में रखें।
- तालिका 1से सेटिंग्स का उपयोग करके, सिस्टम में 1 एमएल क्यूवेट रखकर डीएलएस करें और रन सेट करें। पॉलीमेरेमी तीव्रता-भारित व्यास और पॉलीडिस्पर्सिटी इंडेक्स (पीडीआई) पढ़ें और एकत्र करें।
नोट: एक प्लास्टिक क्यूवेट इस मामले में ठीक काम करता है, क्योंकि कार्बनिक सॉल्वेंट की मात्रा बहुत कम है। हालांकि, एक ग्लास क्यूवेट के रूप में अच्छी तरह से काम करेंगे अगर किसी भी चिंता मौजूद हैं ।
- ट्रांसमिशन इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (TEM) और स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (एसईएम) का उपयोग करके गोलाकार बहुलक गठन की पुष्टि करें।
- उपलब्ध उपकरणों के आधार पर TEM और SEM प्रोटोकॉल का अनुकूलन करें। प्रतिनिधि परिणाम TEM में 120 केवी और एसईएम में 5.0 केवी में प्राप्त किए गए थे।
- यदि ईएम का उपयोग करके पॉलीमरसोम दिखाई नहीं दे रहे हैं, तो यूरेनाइल एसीटेट को पृष्ठभूमि दाग के रूप में लागू करें।
नोट: पॉलिएस्टर आधारित पॉलीमरसोम्स के आकार मॉड्यूलेशन के लिए TEM और SEM इमेजिंग पर विवरण संदर्भ14में पाया जा सकता है । नरम नैनोकणों के लिए इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी तकनीकों की जानकारी संदर्भ16में विस्तृत है ।
2. ऑर्गेनिक सॉल्वेंट को दूर करने के लिए डायलिसिस
- निर्माता द्वारा प्रदान किए गए प्रोटोकॉल के अनुसार 300 केडीए डायलिसिस झिल्ली धोएं।
- डायलिसिस डिवाइस के जलाशय में पॉलीमरेकुट समाधान के 1 एमएल जोड़ें।
- डायलिसिस डिवाइस को 250 एमएल बीकर में 150 एमएल टाइप II डिओनाइज्ड वॉटर के साथ एक हलचल प्लेट पर रखें। एक गति है कि डायलिसिस डिवाइस के कोमल आंदोलन के लिए अनुमति देता है और रात भर हलचल छोड़ करने के लिए हलचल थाली सेट करें ।
नोट- डायलिसिस के दौरान भंवर बनता है तो स्पीड कम करने की जरूरत है। - डायलिसिस पूरा होने के बाद, डायलिसिस डिवाइस से 1 एमएल पॉलीमरेकुट समाधान निकालें। चरण 1.5 के बाद, बहुलक समाधान की विशेषता है।
नोट: इस जानकारी का संग्रह आकार मॉड्यूलेशन प्रोटोकॉल की सफलता का निर्धारण करने के लिए प्रासंगिक है, क्योंकि यदि बहुलक को बढ़ाया गया है तो किसी को पीडीआई में वृद्धि की पहचान करने में सक्षम होना चाहिए।
3. नमक ढाल के खिलाफ डायलिसिस
- अंतिम वांछित बहुलक गुणों के आधार पर 50 mm, 100 mm, या सोडियम क्लोराइड की 200 mm एकाग्रता के साथ वांछित नमक बफर के 150 मिलीएल बनाएं। सामान्य तौर पर, नमक की एकाग्रता में वृद्धि से बहुलक विस्तार बढ़ जाता है।
- पॉलीमरेकुछ समाधान लें जिसे डायलिसिस डिवाइस में डायलिज्ड और विशेषता और फिर से जगह दी गई थी। लोडेड डायलिसिस डिवाइस को वांछित नमक समाधान के 150 एमएल में रखें और धीरे-धीरे 18 घंटे के लिए हलचल करने की अनुमति दें।
नोट: आकार-संग्राहक पॉलीमरसोम को संग्रहीत किया जा सकता है और 7 दिनों तक की अवधि के लिए आइसोटोनिक समाधान में उनके आकार को बनाए रखा जा सकता है।
4. आकार संग्राहक बहुलक लक्षण वर्णन
- आकार मॉड्यूलेशन के बाद, डीएलएस, टेम और एसईएम के माध्यम से बहुलक लक्षण वर्णन करें। यदि ईएम का उपयोग करके पॉलीमरसोम दिखाई नहीं दे रहे हैं, तो यूरेनाइल एसीटेट को पृष्ठभूमि दाग के रूप में लागू करें।
- चरण 1.5 में वर्णित डीएलएस माप करें, गोलाकार बहुलकों की तुलना में पीडीआई माप पर विशेष ध्यान दें, पीडीआई में परिवर्तन के रूप में बहुलकों में प्रभावी आकार परिवर्तन का सुझाव देता है।
- विधि की सफलता सुनिश्चित करने के लिए इमेजिंग, विशेष रूप से गैर-आकार संग्राहक बहुलकों के लिए उचित नियंत्रण का उपयोग सुनिश्चित करें।
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Representative Results
तालिका 2 प्रोटोकॉल चरण 1 का पालन करते समय अपेक्षित परिणाम प्रस्तुत करता है। ध्यान दें कि DMSO बहुलक गठन में खूंटी-पीएलए और खूंटी-पीएलजीए दोनों के लिए एक विलायक के रूप में प्रयोग किया जाता है। इस सॉल्वेंट से विचलन संभव है, क्योंकि अन्य जल-मिससिबल सॉल्वैंट कोपॉलिमर को भंग कर देंगे लेकिन परिणाम बदलने की उम्मीद है। उम्मीद है कि पीडीआई 0.2 से कम होगा, जो मोनोडिस्पर्स पॉलीमरसोम्स17के गठन का संकेत है। ध्यान दें कि हाइड्रोफोबिकिटी बढ़ाने से बहुलक व्यास और पीडीआई दोनों में विचलन बढ़ जाता है। यदि प्रोटोकॉल चलाने पर, बहुलक व्यास इस तालिका में रिपोर्ट किए गए लोगों से नाटकीय रूप से भिन्न होते हैं; सबसे विशिष्ट अपराधी नैनोकणों की कम एकाग्रता है, जो उस नमूने के लिए कम गिनती दर से दिखाया गया है।
चित्रा 2 नमक ढाल के अलावा से पहले गैर-आकार संग्राहक बहुलकों की उपस्थिति को दर्शाता है। यहां प्रस्तुत प्रोटोकॉल चरण 1 के बाद खूंटी-पीएलए आधारित बहुलकों से प्रतिनिधि परिणाम हैं । उपयोग किए जाने वाले ब्लॉक कोपॉलिमर के बावजूद, टेम को एक समग्र गोलाकार संरचना का संकेत देना चाहिए, जिसमें एक मोटा बाहरी रेखा होती है, जो झिल्ली का संकेत देती है। NaCl के बिना, खूंटी-पीएलए बहुलक एसईएम में गोलाकार संरचनाओं के रूप में मौजूद है, जिसमें खूंटी की ब्रश जैसी बाहरी परत होती है जो किसी न किसी सतह प्रस्तुति के माध्यम से देखी जाती है।
चित्रा 3 से पता चलता है कि पॉलीमरसोम्स पोस्ट-डायलिसिस (चरण 2) में अपेक्षित परिवर्तन । पॉलीमरेकुछ गठन में उपयोग किए जाने वाले कार्बनिक सॉल्वेंट की एकाग्रता के बावजूद, सॉल्वेंट को हटाने के लिए पानी में एक घंटे का डायलिसिस समान समग्र औसत व्यास का कारण बनेगा, जिसमें सॉल्वेंट हटाने से बहुलक व्यास कम हो जाएगा। जब कार्बनिक विलायक की बड़ी प्रारंभिक सांद्रता का उपयोग किया जाता है, तो बड़े व्यास घटने की उम्मीद की जाती है।
चित्रा 4 प्रतिनिधि डीएलएस परिणाम पोस्ट-आकार परिवर्तन (चरण 4) प्रदान करता है। चित्रा 4A से पता चलता है कि जब खूंटी-पीएलए बहुलक बनाने, PDI में मामूली परिवर्तन की उंमीद कर रहे हैं, जो आकार में परिवर्तन का संकेत सकता है, लेकिन इमेजिंग की पुष्टि करने के लिए क्या विशिष्ट आकार बहुलकों के साथ गठन कर रहे है की आवश्यकता है । 50 mM NaCl के खिलाफ डायलाइज़िंग खूंटी-पीएलए बहुलक 2 के आसपास पहलू अनुपात के साथ प्रोलेट्स के गठन के लिए नेतृत्व कर सकते हैं, हालांकि यह एक सुसंगत परिणाम नहीं है, PDI14में बड़े विचलन द्वारा प्रदर्शन किया । नमक की बड़ी सांद्रता अधिक स्टोमेटोसाइट जैसी आकृतियों के गठन का कारण बन सकती है, जो वर्तमान साहित्य18के अनुरूप है। जब पेग-पीएलजीए पॉलीमरसोम, जो नमक के खिलाफ खूंटी-पीएलए बहुलकों की तुलना में थोड़ा अधिक हाइड्रोफोबिक हैं, तो पीडीआई में वृद्धि विस्तार के साथ अधिक सुसंगत है, सभी खोजे गए नमक ढाल के साथ पीडीआई में वृद्धि हुई है। एक के ऊपर पीडीआई (पीपीपीआई) में परिवर्तन होना लम्बी बहुलकों के गठन की दिशा में उत्साहजनक है। फिर, इमेजिंग का उपयोग इस बात की पुष्टि करने के लिए किया जाना चाहिए कि कौन सी आकृतियां बनाई जा रही हैं। चित्रा 4B से पता चलता है कि इसी तरह के परिणाम देखे जाने चाहिए जब एक आकार परिवर्तन का कारण 50 mm नमक ढाल का उपयोग करते समय, पॉलिएस्टर हाइड्रोफोबिकिटी की परवाह किए बिना, जबकि 100 mm और 200 mM NaCl नमक ढाल प्रत्यक्ष प्रवृत्ति है कि एनईपीडीआई बढ़ जाती है पॉलीएस्टर हाइड्रोफोबिकिटी के साथ बढ़ता है (यानी, खूंटी-पीएलजीए में एक उच्च ΤPDI होना चाहिए
चित्र 5 प्रोटोकॉल चलाते समय अपेक्षित बहुलक आकृतियों के कुछ उदाहरण प्रदान करता है। प्रस्तुत 0, 50, 100, या 200 mm NaCl में डायलिसिस के बाद आकार-संग्राहक खूंटी-पीएलए बहुलकों के प्रतिनिधि TEM छवियां हैं। याद रखें कि आत्म-इकट्ठे होने वाले बहुलक ठोस कणों की तुलना में कम नियंत्रणीय होते हैं। इसलिए, प्रत्येक नमूने में आकार और आकार में विचलन देखने की उम्मीद है, जो अधिक ठोस नैनोकणों5, 7,19,20, 21के आकार को मॉडुलन करते समय नहीं देखाजाताहै। चित्रा 4 और चित्रा 5 दोनों से ज्ञान खूंटी के लिए यह दर्शाता है-पीएलए बहुलक NaCl के ५० mM के साथ dialyzed; यह नमूना स्टोमेटोसाइट्स और लम्बी छड़ के साथ प्रस्तुत करता है। चूंकि नमक को 100 mm तक बढ़ाया जाता है, इसलिए स्टोमेटोसाइट्स की कम संख्या के साथ छड़ गठन की बढ़ी हुई संख्या देखी जाती है। अंत में, 200 एमएमएल एनएसीएल के खिलाफ डायलिसिस के साथ, खूंटी-पीएलए बहुलक मामूली पहलू अनुपात (2 और 3 के बीच) के साथ लगातार प्रोलेट बनाते हैं। इस प्रोटोकॉल को चलाने से नैनोपार्टिकल आकृतियों का वितरण होगा, जैसा कि स्वयं-इकट्ठे नैनोमेडिसिन की प्रकृति है।
| सेटिंग | मूल्य |
| मटेरियल अपवर्तक इंडेक्स | अपनी सामग्री के लिए सेट; बहुलक के लिए 1.450 |
| फैलाव | [NaCl] का इस्तेमाल किया; डीएलएस सॉफ्टवेयर में स्थापित जटिल सॉल्वेंट |
| तापमान | 25 डिग्री सेल्सियस |
| समतुल्यता समय | 120 एस |
| माप कोण | 173 ° वापस तितर बितर |
| माप अवधि | स्वचालित |
| डेटा प्रोसेसिंग | सामान्य उद्देश्य |
तालिका 1: आकार मॉड्यूलेशन से पहले और बाद में गतिशील प्रकाश बिखरने के माध्यम से बहुलकों के लिए आकार और पॉलीडिस्पर्सिटी इंडेक्स को मापते समय उपयोग करने के पैरामीटर।
| पॉलिएस्टर ब्लॉक सह-बहुलक | व्यास | पीडीआई | ||||
| घ, एनएम | - | |||||
| खूंटी-बी-पीएलए | 202.5 | ± | 12.0 | 0.06 | ± | 0.06 |
| खूंटी-बी-पीएलजीए | 139.6 | ± | 25.9 | 0.16 | ± | 0.06 |
| खूंटी-बी-पीसीएल | 320.9 | ± | 98.8 | 0.14 | ± | 0.06 |
तालिका 2: सॉल्वेंट इंजेक्शन के बाद औसत बहुलक व्यास और पॉलीडिस्पर्सिटी इंडेक्स। यह डेटा चरण 1.5 के बाद, सॉल्व इंजेक्शन के बाद खूंटी-पीएलए और खूंटी-पीएलजीए पॉलीमरसोम्स के लिए विशिष्ट है। प्रोटोकॉल में।
चित्रा 1:सॉल्वेंट इंजेक्शन उपकरण। बायोरेंडर के साथ बनाया गया। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा 2:गोलाकार खूंटी-पीएलए बहुलकों पूर्व नमक डायलिसिस की TEM और SEM छवियां । TEM के लिए, गोलाकार कणों को 0 mm NaCl निलंबन से सूख गया था और यूरेनाइल एसीटेट से सना हुआ था। TEM छवियां १२० kV/60,000x प्रत्यक्ष आवर्धन पर लिया गया । एसईएम छवियां 5.0 केवी पर ली गई थीं। छवियों को पहले प्रकाशित परिणामों से अनुकूलित किया जाता है14. कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्र 3:डायलिसिस के दौरान गोलाकार खूंटी-पीएलए आधारित बहुलक जेड-औसत व्यास। डायलिसिस कार्बनिक सॉल्वेंट को हटा देता है, जो बहुलक झिल्ली को जमता है और बहुलक व्यास को कम करता है, जैसा कि खूंटी-पीएलए आधारित बहुलकों के लिए प्रदर्शित किया गया है। यह आंकड़ा एक पूर्व प्रिंट22 से अनुकूलित है और नैनो टेक्नोलॉजी14में प्रकाशित किया गयाहै । कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा 4:नमक ढाल केअलावा प्रत्येक पॉलिएस्टर आधारित पॉलिमरसोम के लिए अपेक्षित पीडीआई परिवर्तन (1), प्रत्येक पॉलिएस्टर आधारित बहुलक के लिए एनएसीएल की एकाग्रता बनाम पीडीआईआई। (ख)एनएसीएल की प्रत्येक एकाग्रता के लिए पीडीआई बनाम पॉलिएस्टर। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
चित्रा 5:0, 50, 100, और 200 एमएन एनएसीएल के खिलाफ डायलिज्ड होने के बाद आकार संग्राहक खूंटी-पीएलए बहुलकों के नमूना टेम छवियां। नमक डायलिसिस के माध्यम से गठित आकृतियों के दृश्य में सहायता करने के लिए, एक कुंजी आंकड़ा के शीर्ष पर प्रदान की जाती है, जो क्षेत्रों (बैंगनी), छड़ (हरे), प्रोलेट्स (नारंगी), और स्टोमेटोसाइट्स (लाल) के संभावित आकारों को दर्शाती है। जैसा कि स्वयं-इकट्ठे प्रणालियों के लिए हमेशा की तरह है, विभिन्न प्रकार के आकार और आकार बनते हैं। नमक डायलिसिस से पहले, गोले लगातार देखे जाते हैं। 50 MM और 100 m मिलियन सोडियम क्लोराइड ग्रेडिएंट का उपयोग विभिन्न प्रकार के आकार की ओर जाता है, जिसमें स्टोमेटोसाइट्स (50 और 100 एमएम), छड़ (50 mM), गोले (100 mM) और प्रोलेट्स (100 एमएम) प्रदान की गई कुंजी के अनुसार रंगीन तीरों द्वारा दर्शाए जाते हैं। अंत में, 200 एमएम सोडियम क्लोराइड ग्रेडिएंट का उपयोग कुछ स्टोमेटोसाइट्स के साथ मुख्य रूप से प्रोलेट आकार के गठन की ओर जाता है। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।
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Discussion
स्वयं इकट्ठे सिस्टम बेहद बेकाबू हैं । आकार, आकार और संरचना सहित उनके अंतिम गुण, चुने गए एम्फीफिले के हाइड्रोफोबिक गुणों और चयनित विलायक वातावरण से प्रेरित होते हैं। एम्फीफिलिक ब्लॉक कोपॉलिमर गोलाकार आकृतियों की ओर जाते हैं, जो गिब्स की मुक्त ऊर्जा को कम करता है और थर्मोडायनामिक संतुलन23की ओर जाता है, इस प्रकार पॉलीमरसोम बनाते हैं। उनके संतुलन प्रकृति के कारण, पॉलीमरसोम आकार में विस्तार या परिवर्तन करने के लिए काफी अधिक चुनौतीपूर्ण हैं और इसलिए, ठोस नैनोपार्टिकल समकक्षों की तुलना में कम अध्ययन किया जाता है। सॉल्वेंट संचालित विधि का खूंटी-बी-पॉलीस्टीरिन(पीएस) आधारित पॉलीमरसोम्स12, 13, 24, 25,26,27के साथ मिलकर बड़ेपैमानेपर अध्ययन किया गया है । हालांकि, उपयोग किए गए प्रत्येक ब्लॉक कोपॉलिमर के लिए सॉल्वेंट-आधारित दृष्टिकोण के लिए प्रोटोकॉल को फिर से अनुकूलित करने की आवश्यकता के कारण, वैकल्पिक सामग्रियों से बने बहुलकसोम के आकार को बदलने के लिए इस विधि को व्यापक रूप से नहीं अपनाया गया है। बहुलक आकार को मिलाना उपयोग की जाने वाली अन्य विधियां बहुलक रसायन शास्त्र के लिए अत्यधिक विशिष्ट हैं; कुछ वांछित पतन और विस्तार शुरू करने के लिए पेरिलीन समूह24,28 या अन्य क्रॉसलिंकर्स29,30,31 पेश करते हैं। बहुलक सामग्री के दृष्टिकोण की विशिष्टता इसकी व्यापक प्रयोज्यता को सीमित करती है। यह विधि आंतरिक, वेसिकल-समझाया पानी और बाहरी खारे पानी के बीच एक ऑस्मोटिक दबाव ढाल बनाने के लिए चालक के रूप में नमक का उपयोग करती है। यह वैकल्पिक सॉल्वेंट-चालित विधि की तुलना में अधिक सार्वभौमिक रूप से लागू किया जा सकता है, क्योंकि विभिन्न पॉलिमर को आकार मॉड्यूलेशन में सफलता सुनिश्चित करने के लिए विभिन्न सॉल्वैंट्स की आवश्यकता होती है। पॉलीमरसोम्स के नमक आधारित आकार मॉड्यूलेशन ने खूंटी-बी-पीएस18,पॉली (डाइमेथिल सिलोक्सेन) -जी-पॉली (एथिलीन ऑक्साइड)15के साथ काम किया है, और अब, हाल ही में एक प्रकाशन के साथ, पॉलिएस्टर आधारित पॉलीमरसोम्स14। इस विधि की रसायन विज्ञान-स्वतंत्र सफलता अधिक लक्षित दवा वितरण प्रणालियों के विकास की दिशा में वादा कर रही है। विशेष रूप से, पॉलिएस्टर्स के उपयोग के लिए इस दृष्टिकोण की प्रयोज्यता से व्यापक जीवविज्ञान लाभ हो सकते हैं, क्योंकि ये सामग्री बायोडिग्रेडेबल हैं।
पहला डायलिसिस कदम महत्वपूर्ण है । बहुलक गठन की सॉल्वेंट इंजेक्शन विधि पानी-मिस्टेबल सॉल्वैंट्स का उपयोग करती है जो गठन के दौरान पॉलीमरसोम की हाइड्रोफोबिक झिल्ली में फंस सकती है, जिससे उनकी झिल्ली नमक जैसी चीजों के लिए अधिक पारमी हो जाती है। पानी में गठित बहुलकों का प्रारंभिक डायलिसिस यह सुनिश्चित करता है कि सॉल्वेंट को बहुलक रीढ़ से हटा दिया गया है, जो बहुलक व्यास(चित्र 3)में कमी से प्रदर्शित होता है। यह दूसरे डायलिसिस चरण में पेश किए गए नमक अणुओं के लिए बहुलक कम पारगम्य बनाता है, जो बहुलक झिल्ली में दबाव ढाल बनाता है।
आकार-संग्राहक बहुलक बनाते समय, यह उम्मीद की जाती है कि प्रत्येक नमूने में पॉलीमरसोम होंगे जो विभिन्न आकारों और आकारों के हैं। झिल्ली से बंधे दवा वितरण के लाभ, जिनमें पेलोड सुरक्षा, विस्तारित परिसंचरण समय और बढ़ी हुई सेलुलर तेज तक सीमित नहीं है, पॉलीडिसपर्स की कमियों से पल्ला झाड़ रहा है । इस तथ्य के लिए आवश्यक है कि छवियों को डीएलएस डेटा के साथ मिलकर लिया जाता है हर बार पॉलीमरसोम तैयार किए जाते हैं। यह नोट किया गया है कि पीडीआई में वृद्धि गोलाकार से गैर-गोलाकार कणों32में बदलाव को दर्शाती है, लेकिन पीपीडीआई और विशिष्ट आकार के बीच सीधा संबंध अभी तक पहचाना नहीं गया है। यह कम नमक सांद्रता के साथ विशेष रूप से महत्वपूर्ण है, जहां ΤPDI(चित्रा 4)में बैच परिवर्तनशीलता के लिए एक बड़ा बैच है।
इस विधि को केवल दो पॉलिएस्टर ब्लॉक कोपॉलिमर के आकार को मॉडुलन करने के लिए लागू किया गया है जो इस पेपर (खूंटी-पीएलए और खूंटी-पीएलजीए) में प्रस्तुत पॉलीमरसोम बनाते हैं। अन्य प्रकार के खूंटी-आधारित बहुलक प्रणालियों को अन्य नमक ढाल या सॉल्वेंट ग्रेडिएंट के माध्यम से आकार के लिए बदल दिया गया है, जिनकी कहीं और समीक्षा की जाती है33,हालांकि गैर-खूंटी आधारित बहुलक प्रणालियों के आकार मॉड्यूलेशन में ज्यादा अध्ययन नहीं किया गया है। बहुलक अपने आणविक भार के कारण इस पेपर में खूंटी-पीएलए और खूंटी-पीएलजीए के संतुलन राज्य हैं, जो हाइड्रोफिलिक अंश प्रदान करते हैं जो झिल्ली से बंधे वेसिकल्स10का नेतृत्व करते हैं। इस प्रकार, एक वैकल्पिक बहुलक के साथ सीधे विधि का पालन करने से अलग-अलग परिणाम निकल सकते हैं। सामान्य तौर पर, इस विधि का उपयोग पॉलिएस्टर ब्लॉक कोपॉलिमर से गठित कुख्यात बेकाबू, स्वयं-इकट्ठे बहुलकों के आकार को नियंत्रित करने के लिए किया जा सकता है।
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Disclosures
लेखकों के पास खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।
Acknowledgments
इस परियोजना को राष्ट्रीय स्वास्थ्य परियोजना संख्या 5P20GM103499-19 संस्थान द्वारा छात्र शुरू अनुसंधान परियोजना कार्यक्रम के माध्यम से भाग में वित्त पोषित किया गया था । इस काम को आंशिक रूप से क्लेमसन के क्रिएटिव इंक्वायरी प्रोग्राम द्वारा भी समर्थन दिया गया था। हम निकोलस ल 'Amoreaux और आंग अली को भी स्वीकार करते हैं जिन्होंने शुरू में इस प्रोटोकॉल को बनाने पर काम किया, अपने पहले पेपर को प्रकाशित करते हुए यहां14उद्धृत किया।
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 15*45 vials screw thread w/cap attached | Fisherbrand | 9609104000 | |
| Dimethyl Sulfoxide | Fisher Chemical | D128-1 | |
| Dimethyl Sulfoxide | BDH | BDH1115-1LP | |
| Isoremp stirrers, hotplates, and stirring hotplates | Fisher scientific | CIC00008110V19 | |
| LEGATO 130 SYRINGE PUMP | kd Scientific | 788130 | |
| PEG(1000)-b-PLA(5000), Diblock Polymer | Polysciences Inc | 24381-1 | note the molecular weights when replicating |
| Poly(ethylene glycol) (2000) Methyl ether-block-poly(lactide-co-glycolide) (4500) | Sigma aldrich | 764825-1G | note the molecular weights when replicating |
| Single-Use Syringe/BD PrecisionGlide Needle combination, sterile, BD medical | BD medical | BD305620 | Tuberculin |
| Sodium Chloride | BDH | BDH9286 | |
| Zetasizer Nano ZS | Malvern |
References
- Varma, L. T., et al. Recent advances in self-assembled nanoparticles for drug delivery. Current Drug Delivery. 17 (4), 279-291 (2020).
- Salatin, S., Maleki Dizaj, S., Yari Khosroushahi, A. Effect of the surface modification, size, and shape on cellular uptake of nanoparticles. Cell Biology International. 39 (8), 881-890 (2015).
- Baio, J. E., et al. Reversible activation of pH-sensitive cell penetrating peptides attached to gold surfaces. Chemical Communications. 51 (2), 273-275 (2015).
- Zhou, Y., et al. Mesoporous silica nanoparticles for drug and gene delivery. Acta Pharmaceutica Sinica B. 8 (2), 165-177 (2018).
- Champion, J. A., Mitragotri, S.
- Banerjee, A., Qi, J., Gogoi, R., Wong, J., Mitragotri, S. Role of nanoparticle size, shape and surface chemistry in oral drug delivery. Journal of Controlled Release. 238, 176-185 (2016).
- Kolhar, P., et al. Using shape effects to target antibody-coated nanoparticles to lung and brain endothelium. Proceedings of the National Academy of Sciences. 110 (26), 10753-10758 (2013).
- Meng, F., Zhong, Z., Feijen, J. Stimuli-responsive polymersomes for programmed drug delivery. Biomacromolecules. 10 (2), 197-209 (2009).
- Iqbal, S., Blenner, M., Alexander-Bryant, A., Larsen, J. Polymersomes for therapeutic delivery of protein and nucleic acid macromolecules: from design to therapeutic applications. Biomacromolecules. 21 (4), 1327-1350 (2020).
- Discher, D. E., Ahmed, F.
- Seifert, U., Berndl, K., Lipowsky, R. Shape transformations of vesicles: Phase diagram for spontaneous- Curvature and bilayer-coupling models. Physical Review A. 44 (2), 1182-1202 (1991).
- Rikken, R. S. M., et al. Shaping polymersomes into predictable morphologies via out-of-equilibrium self-assembly. Nature Communications. 7, 1-7 (2016).
- Kim, K. T., et al. Polymersome stomatocytes: Controlled shape transformation in polymer vesicles. Journal of the American Chemical Society. 132 (36), 12522-12524 (2010).
- L'Amoreaux, N., Ali, A., Iqbal, S., Larsen, J. Persistent prolate polymersomes for enhanced co-delivery of hydrophilic and hydrophobic drugs. Nanotechnology. 31 (17), 175103 (2020).
- Salva, R., et al. Polymersome shape transformation at the nanoscale. ACS Nano. 7 (10), 9298-9311 (2013).
- Skoczen, S. L., Stern, S. T. Characterization of Nanoparticles Intended for Drug Delivery. Methods in Molecular Biology. 1682, Springer New York. New York, NY. (2018).
- Bhattacharjee, S. DLS and zeta potential - What they are and what they are not. Journal of Controlled Release. 235, 337-351 (2016).
- Men, Y., Li, W., Lebleu, C., Sun, J., Wilson, D. A. Tailoring polymersome shape using the Hofmeister effect. Biomacromolecules. 21 (1), 89-94 (2020).
- Decuzzi, P., et al. Size and shape effects in the biodistribution of intravascularly injected particles. Journal of Controlled Release. 141 (3), 320-327 (2010).
- Liu, Y., Tan, J., Thomas, A., Ou-Yang, D., Muzykantov, V. R. The shape of things to come: Importance of design in nanotechnology for drug delivery. Therapeutic Delivery. 3 (2), 181-194 (2012).
- Tao, L., et al. Shape-specific polymeric nanomedicine: Emerging opportunities and challenges. Experimental Biology and Medicine. 236 (1), 20-29 (2011).
- L'Amoreaux, N., Ali, A., Iqbal, S., Larsen, J. Persistent prolate polymersomes for enhanced co-delivery of hydrophilic and hydrophobic drugs. BioRxiv. , 796201 (2019).
- Chandler, D. Interfaces and the driving force of hydrophobic assembly. Nature. 437 (7059), 640-647 (2005).
- Wong, C. K., Mason, A. F., Stenzel, M. H., Thordarson, P. Formation of non-spherical polymersomes driven by hydrophobic directional aromatic perylene interactions. Nature Communications. 8 (1), (2017).
- Abdelmohsen, L. K. E. A., et al. Shape characterization of polymersome morphologies via light scattering techniques. Polymer. 107, 445-449 (2016).
- Men, Y., et al. Nonequilibrium Reshaping of polymersomes via polymer addition. ACS Nano. 13 (11), 12767-12773 (2019).
- Meeuwissen, S. A., Kim, K. T., Chen, Y., Pochan, D. J., van Hest, J. C. M. Controlled shape transformation of polymersome stomatocytes. Angewandte Chemie. 123 (31), 7208-7211 (2011).
- Wong, C. K., et al. Faceted polymersomes: A sphere-to-polyhedron shape transformation. Chemical Science. 10 (9), 2725-2731 (2019).
- Chidanguro, T., Ghimire, E., Simon, Y. C. Shape-transformation of polymersomes from glassy and crosslinkable ABA triblock copolymers. Journal of Materials Chemistry B. 8 (38), 8914-8924 (2020).
- Van Oers, M. C. M., Rutjes, F. P. J. T., Van Hest, J. C. M. Tubular polymersomes: A cross-linker-induced shape transformation. Journal of the American Chemical Society. 135 (44), 16308-16311 (2013).
- Che, H., et al. Pathway dependent shape-transformation of azide-decorated polymersomes. Chemical Communications. 56 (14), 2127-2130 (2020).
- Haryadi, B. M., et al. Nonspherical nanoparticle shape stability is affected by complex manufacturing aspects: Its implications for drug delivery and targeting. Advanced Healthcare Materials. 8 (18), 11-13 (2019).
- Katterman, C., Pierce, C., Larsen, J. Combining nanoparticle shape modulation and polymersome technology in drug delivery. ACS Applied Bio Materials. , (2021).
