مقالة منهجية

التخليق، تغليف الهيموغلوبين والبيجيليشن ثنائي التعامد في جسيمات UiO-66 النانوية المسامية هرميا لتطبيقات توصيل الأكسجين

DOI:

10.3791/70445

⸱

مايو 8, 2026

 , 
1Department of Health Technology, Technical University of Denmark

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يفصل هذا البروتوكول تخليق، وتغليف الهيموغلوبين، وPEGylation السطحي لجسيمات UiO-66 النانوية المسامية هرميا المصممة لتوصيل الأكسجين. يجمع الإجراء بين هندسة العيوب والترافق المتعامد الثنائي المعزز بالإجهاد لتوليد حاملات عالية النفاذية ومستقرة فسيولوجيا مناسبة للتطبيقات الطبية الحيوية.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

حاملات الأكسجين القائمة على الهيموغلوبين (HBOCs) تعد منصة مهمة لتوصيل الأكسجين للتخفيف من نقص الأكسجين في عدة سياقات طبية حيوية. ومع ذلك، فإن الهيموغلوبين الحر (Hb) غير مستقر ونشط في الأوعية الدموية خارج خلايا الدم الحمراء. هنا، نقدم بروتوكولا خطوة بخطوة قابل للتكرار وقابل للتوسع لتصنيع جسيمات UiO-66 النانوية المسامية هرميا (HP-UiO-66 NPs) التي تغلف Hb ويتم تثبيتها بواسطة قشور بولي إيثيلين جليكول (PEG) بيومتعامدة. يتم إدخال الميزوبوروسية الهرمية عن طريق تعديل حمض الدوديكانويك والغسل الحمضي اللاحق، مما ينتج NPs HP-UiO-66-NH₂ مع تبلور محفوظ ومتساوزات حرارة من النوع I/IVN2 مجتمعة. يتم تحويل الأمين السطحية إلى الأزيدات (HP-UiO-66-N₃ NPs)، مما يمكن من إنتاج مضادات ألكاين-أزيد المدفوعة بالإجهاد الخالي من المحفز لإنتاج مضادات طبيعية Hb@HP-UiO-66-PEG. يتضمن سير العمل: 1) هندسة عيوب وحدات UiO-66-NH₂، 2) إزالة المعدلات، 3) تركيب الأزيد، 4) تحميل Hb في وسط مائي مخزن، و5) PEGylation بوساطة SPAAC. يتم تفصيل المعلمات التجريبية الحرجة، وأنماط الفشل القياسية، واستراتيجيات استكشاف الأعطال في كل مرحلة لتعزيز قابلية التكرار بين المختبرات. البروتوكول قابل للإنتاج على نطاق الجرام لجراما NPs HP-UiO-66-NH₂ لكل دفعة. يتم الحصول على كفاءة تغليف بنسبة ~35٪ (محتوى تحميل ~24٪ وزن) للهيدروبون في ظروف معتدلة، مع NPs قابلة لإعادة التوزيع بقطر هيدروديناميكي ~140 نانومتر وتعدد تشتت منخفض بعد PEGylation. يتحقق التوصيف الفيزيائي الكيميائي الشامل من سلامة الإطار، والميزوبوية، ونجاح الكيمياء السطحية، وإكليلة PEG المنتشرة حتى عرض ~12 نانومتر. تظهر الفحوصات الوظيفية إمكانية عكس الأكسجين/إزالة الأكسجين للهيدروبون المغلف، مما يشير إلى الاحتفاظ بقدرة نقل الأكسجين. تعزز PEGylation بشكل ملحوظ الاستقرار الغروي والهيكلي في المحلول الملحي، HEPES، والمصل، مما يمنع التحلل الناتج عن الفوسفات الذي لوحظ لدى نظاراته غير المجهزة PEGylated. من خلال دمج إرشادات استكشاف الأخطاء التفصيلية، والتصوير بالفيديو بمساعدة خطوات حرجة، واعتبارات التوسع، يوفر هذا البروتوكول المعياري طريقا قويا ومتاحا إلى شركات HBOC القائمة على الإطار العضوي المعدني. هذه الاستراتيجية قابلة للتكيف بسهولة مع الجزيئات الحيوية الكبيرة الأخرى أو الإنزيمات التي تتطلب بيئات دقيقة واقية لكنها متاحة لتقديم العلاج.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الأكسجة الكافية أمر بالغ الأهمية للعلاج الفعال وشفاء الأنسجة عبر بيئات طبية حيويةمتنوعة 1. في حالات الصدمات والنزيف الجراحي، يمكن أن يكون فقدان الأكسجين الشديد مهددا للحياة، مما يبرز الحاجة إلى بدائل دم آمنة عندما يتوفر دم المتبرع2. في علم الأورام، تحد مناطق الأورام منخفضة الأكسجين من فعالية العلاجات المعتمدة على الأكسجين، ويمكن لتوصيل الأكسجين التكميلي أن يعزز بشكل ملحوظ فعالية العلاج 3,4,5,6. يلعب الأكسجين أيضا دورا مركزيا في شفاء الجروح، حيث يؤدي توفر الأكسجين المتزايد إلى تعزيز تكوين الأوعية الدموية وإصلاح الأنسجة7. وبالمثل، في الحالات الإقفارية وزراعة الأعضاء، يمكن لحاملي الأكسجين تقليل الإصابة نقص الأكسجين وتحسين قدرة الأنسجة على البقاء والتعافي8،9.

تمثل حاملات الأكسجين المعتمدة على الهيموغلوبين (Hb) الاصطناعية نهجا واعدا للتخفيف من نقص الأكسجين10. ومع ذلك، فإن Hb خارج خلايا الدم الحمراء (RBCs) غير مستقر بطبيعته وينفصل بسرعة إلى ديمرات يمكن أن تسبب سمية الكلى، وألفا تأكسدية، وتضيقا للأوعية الدموية بسبب جمع أكسيد النيتريك11. لتخفيف هذه التحديات، تم تطوير استراتيجيات تغليف لتثبيت الهيدرومون داخل ناقلات نانوية متوافقة حيويا مثل الليبوزومات12، البوليمرسومات13، والجسيمات البوليمرية النانوية (NPs)14,15,16,17. على الرغم من أن هذه الأنظمة تعزز استقرار الهيدرومون، إلا أن تحقيق كفاءة تغليف عالية مع الحفاظ على وظيفة الارتباط بالأكسجين الطبيعية لا يزال تحديا18. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يؤثر التحول التأكسدي إلى الميثيموغلوبين وتسرب الهيمات على أداء حمل الأكسجين19. التنظيف السريع وتسرب الهيدرومون المبكر يحد من وقت الدورة الدموية والترجمة السريرية20.

ظهرت الأطر المعدنية العضوية (MOFs) مؤخرا كمنصات نانوية متعددة الاستخدامات لتوصيل الأدوية والجزيئات الحيوية الكبيرة بسبب بنيتها البلورية، ومساحة سطحها الكبيرة، ومساميتها القابلة للضبط21. تتكون من عقد معدنية منسقة مع الروابط العضوية، مما يتيح الانتشار الجزيئي والتخصيص الهيكلي، مما يجعلها جذابة للتطبيقات الطبية الحيوية. ومع ذلك، فإن معظم MOFs تمتلك تجاويف مسامية دقيقة في الغالب (<2 نانومتر)، مما يقيد بشدة تغليف الجزيئات الكبيرة بعد التخليق مثل البروتينات أو الأحماض النووية أو الإنزيمات22، 23، 24، 25. أحد الأساليب لتجاوز هذا القيد هو التمعدن الحيوي المحاكي في الموقع، حيث تعمل الجزيئات الحيوية كمراكز نوى أثناء نمو MOF، كما هو موضح في ZIF-8 وZIF-90 26,27,28. على الرغم من فعاليتها، تتطلب هذه الاستراتيجية ظروف تخليق خفيفة، مما يحد من نطاق الكيمياء المتوافقة مع MOF29,30.

يتميز UiO-66، وهو مجمع ميداني مبني على الزركونيوم مصنوع من عقد ثماني الأوجه Zr6O4(OH)4 وروابط 1,4-بنزينديكربوكسيلات (BDC)، باستقراره الكيميائي الاستثنائي والتوافق الحيوي31. إطارها المتين يقاوم التحلل في البيئات المائية والفسيولوجية، مما يجعله مثاليا للتطبيقات الطبية الحيوية32. ومع ذلك، فإن بنيته الدقيقة المسامية الجوهرية تحد من فائدتها في تغليف الجزيئات الحيوية الكبيرة. لا يمكن استيعاب Hb، الذي يبعد جزيئيا ~5 نانومتر، داخل المسام الداخلية لUiO-66 النقية. وبالمقابل، استكشفت عدد محدود فقط من الدراسات UiO-66 في الأنظمة المرتبطة بالهيدرومون، حيث تستخدم MOFs بشكل أساسي لاستشعار Hb السطحي بدلا من تغليف إطار 33,34. نتيجة لذلك، لا تزال منصات UiO-66 لتغليف Hb غير متطورة نسبيا.

مؤخرا، قدمنا N.P (HP-UiO-66 NP) مسامي هرميا (HP-UiO-66 NP) يتغلب على هذا القيد على حجم المسام من خلال دمج مجالات متوسطة المسامية قادرة على استيعاب Hb، مما وسع نطاق وظائف UiO-66 لتطوير HBOC35. يتم إدخال المسامية الهرمية من خلال هندسة العيوب، وبشكل خاص باستخدام الأحماض أحادية الكربوكسيليك طويلة السلسلة، مثل حمض الدوديكانويك (DA)، كمعدلات أثناء التخليق36,37. يتنافس هذا المعدل مع رابطة BDC للتنسيق مع Zr4+، مما يؤدي إلى تكوين عيوب وتضخم الميزوبورات. الإزالة اللاحقة للمعدل تنتج NPs HP-UiO-66 تحتوي على مجالات دقيقة ومتوسطة مسامية متواجدة، مع حجم مسام قابل للتعديل عبر تركيز المعدل أو طول السلسلة36.

على الرغم من أن إدخال الميزوبوروزية يحسن سهولة الوصول الجزيئي، إلا أنه قد يضر أيضا بسلامة الإطار في المخازم المحتوية على الفوسفات. يمكن لأيونات الفوسفات أن تتوافق مع تجمعات Zr، مما يؤدي إلى تفكك هيكلي جزئي أو كامل38,39. وبناء عليه، فإن استراتيجيات تثبيت السطح ضرورية للحفاظ على الاستقرار الغروي والكيميائي تحت الظروف الفسيولوجية40. بشكل عام، يمكن تحقيق استقرار سطح MOF من خلال التفاعلات غير التساهمية (مثل تفاعل فان دير فالس والروابط الهيدروجينية)41، أو التفاعلات التنسيقية مع مواقع المعادن المكشوفة42، أو الارتباط التساهمي بالروابط العضوية43. من بين الروابط المختلفة، يعد البولي إيثيلين غليكول (PEG) جذابا بشكل خاص بسبب توفره الواسع وتعقيده الصناعي المنخفض44. ومن المهم أن تعديل سطح PEG، المعروف عادة باسم PEGylation، يمنح عدة خصائص إيجابية لأنظمة توصيل الأدوية، بما في ذلك التوافق الحيوي الممتاز، وتقليل امتصاص البروتينات غير النوعية، وتقليل التعرف على المناعة وامتصاص البلعميات45,46. بشكل عام، تقلل هذه التأثيرات من الاستجابات المناعية وتطيل الدورة الدموية الجهازية47.

تعتمد تقنيات البيجيليشن التقليدية غالبا على كيمياء الكربوديميد أو الماليميد، والتي تتطلب عادة محفزات أو وسطيات تفاعلية يمكن أن تضر بالجزيئات الحيوية الحساسة مثل Hb. لتجاوز هذا القيد، نستخدم إضافة ألكاين-أزيد المروجة بالإجهاد (SPAAC)، وهي تفاعل بيولوجي متعامد خال من المحفز بين الأنواع الوظيفية بأزيد وديبنزيلسيكلوكتين (DBCO)، مما يتيح اقترافا موقعيا في ظروف مائية خفيفة35,48. يضمن هذا النهج تعديل سطح بكفاءة دون المساس بوظيفة Hb المغلفة.

استنادا إلى HP-UiO-66 NPs35 الذي تم الإبلاغ عنه سابقا، والذي ركز على التصميم الهيكلي والتحقق من الصحة الحيوية، يركز البروتوكول الحالي على الشفافية المنهجية وقابلية التكرار من خلال توفير سير عمل تجريبي مفصل خطوة بخطوة مع نطاقات معلمات محددة واعتبارات التعامل الحرجة. تتضمن إرشادات استكشاف الأخطاء للمراحل الرئيسية من التخليق، وتغليف الهيدروبون، وPEGylation عبر كيمياء SPAAC، مما يؤدي في النهاية إلى إنتاج NPs مستقرة Hb@HP-UiO-66-PEG ( انظر الشكل 1).

يتضمن سير العمل: (1) هندسة عيوب باستخدام DA كمعدل لتخليقNPs HP-UiO-66-NH 2 المعدلة بالأميان؛ (2) عملية الأزيد لمجموعات الأمين السطحي؛ (3) تغليف Hb في ظروف معتدلة ومائية؛ (4) تصريف PEG التساهمي عبر SPAAC.

لكل خطوة رئيسية، يحدد هذا البروتوكول التحديات التجريبية المشتركة، مثل تجميع الجسيمات، انهيار المسام، أو عدم كفاءة الوظيفة السطحية، ويوفر استراتيجيات عملية لحل المشكلات لتحسين قابلية التكرار بين المختبرات. ومن المهم أن هذه المقالة توضح بشكل موسع أن تخليق NPs HP-UiO-66 قابل للتوسع بسهولة، مما يتيح إنتاجا موثوقا على نطاق الجرام لكل دفعة.

تظهر الحاملات النانوية النهائية PEGylated استقرارا غرويا عاليا في حمض المحلول الملحي، وحمض 4-(2-هيدروكسي إيثيل)-1-بيبرازين إيثانيسلفونيك (HEPES)، والمصل، مع الحفاظ على قدرة Hb على الارتباط بالأكسجين وإطلاقه35. تؤكد طرق تحليلية مثل مطيافية الأشعة تحت الحمراء بتحويل فورييه (FTIR)، والرنين المغناطيسي النووي (NMR)، وحيود أشعة إكس بالمساحيق (PXRD)، وامتصاص النيتروجين (N2)، وتحليل جهد زيتا (ζ)، والتشتت الديناميكي للضوء (DLS)، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، والمجهر الإلكتروني الناقل (TEM) التحول الكيميائي، وسلامة الإطار، والمسامية، والشكل النانوي، ونجاح الوظيفة السطحية.

من خلال التركيز على قابلية التكرار، وقابلية التوسع، والوضوح التشغيلي، المدعومة بتصور خطوات تقنية حساسة عبر الفيديو، توفر هذه المنهجية مسارا قابلا للتكرار وقويا وسهل الوصول لتصنيع ناقلات الأكسجين مستقرة تعتمد على MOF. والأهم من ذلك، أن النهج معياري وسهل التكيف مع جزيئات أو إنزيمات حيوية أخرى تتطلب بيئة دقيقة محمية وقابلة للنفاذة للأكسجين للحفاظ على الوظائف. وبناء عليه، تمثل مواد Hb@HP-UiO-66-PEG غير الطبيعية خطوة واعدة نحو إنشاء HBOCs قادرة على توصيل الأكسجين بكفاءة مع مقاومة التحلل في السوائل البيولوجية.

من منظور عملي، يمكن توسيع هذه الاستراتيجية لتشمل جزيئات حيوية كبيرة أخرى تتجاوز Hb، بشرط أن تكون أبعاد أقل من حوالي 20 نانومتر، وهي ما يتوافق مع أقصى حجم ميسوبور متاح، وتظهر واحدة أو أكثر من الخصائص التالية: (1) حساسية للظروف الكيميائية القاسية، مع تفضيل التخليق الخفيف وتعديل السطح؛ (2) متطلب وجود بيئة دقيقة رطبة وقابلة للنفاذية للأكسجين للحفاظ على النشاط الوظيفي؛ و(3) القابلية لتحلل MOF الناتج عن الفوسفات، مما يتطلب استقرار السطح. يعتمد النهج على كثافة عيوب معتدلة لتحقيق توازن بين سهولة الوصول إلى الميزوبور وسلامة الإطار. عندما يكون تعديل السطح الخالي من المحفز والموقع المخصص للحفاظ على وظيفة الجزيئات الحيوية، فإن PEGylation القائم على SPAAC يقدم مزايا واضحة. وبالتالي، فإن هذا البروتوكول مناسب جدا لتحميل الجزيئات الحيوية الماكروفية بكفاءة، والحفاظ على الوظائف، واستقرار الغرويات طويل الأمد تحت الظروف الفسيولوجية، في حين أن الجزيئات الحيوية الأكبر بكثير أو الأنظمة التي تتطلب استقرارا حراريا أو حمضيا شديدا قد تتطلب منصات بديلة لجزيئات الميكانيكوري.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. استخراج الهيدروبون (المدة المتوقعة: يومان)

ملاحظة: يتم استخراج الهيدرومون من دم البقر المتوفر تجاريا (SSI Diagnostica A/S، Hillerød، DK) وفقا للبروتوكول49 الذي أبلغنا عنه سابقا.

  1. نقل دم البقر (عادة 10 مل لكل استخراج) إلى أنبوب طرد مركزي مخروطي بسعة 50 مل. أضف كمية مماثلة من محلول ملحي 0.9٪ (مع محلول ملحي) لتخفيف الدم وتقليل اللزوجة. قم بقلب القرص بلطف عدة مرات حتى يتم الحصول على تعليق متجانس.
  2. قم بجهاز الطرد المركزي للدم المخفف بقوة 1,500 × جرام لمدة 20 دقيقة عند 4 درجات مئوية. بعد الطرد المركزي، يظهر فائق صفراء شفاف (بلازما) فوق حبيبة حمراء كثيفة (RBCs). إذا لم يتم تحقيق الحبيبات الكاملة، استمر في الطرد المركزي حسب الحاجة.
  3. قم بتنظيف طبقة البلازما بعناية وتخلص منها دون إزعاج الحبيبة. أضف محلول ملحي جديد (10 مل)، وأعد تعليق حبيبات الدم الأحمر عن طريق انقلاب لطيف، وكرر خطوة الطرد المركزي تحت نفس الظروف. قم بإجراء دورتين للغسل لإزالة بروتينات البلازما والصفائح الدموية.
    ملاحظة: عملية الغسيل ضرورية للحصول على خلايا الدم الحمراء النقية خالية من ملوثات البلازما التي قد تتداخل مع استخراج التولوين في المرحلة النهائية.
  4. بعد الغسل الثاني، تخلص من المادة الفائقة وأعد تعليق حبيبات الدم الحمراء المنظفة في خليط من التولوين، والماء فائق النقي، والمحلول الملحي بنسبة حجم 1:0.4:1. على سبيل المثال، اخلط 10 مل تولوين، 4 مل ماء فائق النقي، و10 مل محلول ملحي في قمع فصل بحجم 50 مل قبل إضافة الحبيبة.
  5. أغلق القمع وقلب الأطوار بلطف عدة مرات لخلط الأطوار. ضع المدخنة عند 4 درجات مئوية طوال الليل (~12-16 ساعة) للسماح بالفصل الكامل عن الطور. طور التولوين يستخرج أغشية الدهون، تاركا مرحلة مائية شفافة غنية بالهيدرومون.
  6. في اليوم التالي، اجمع بعناية الطبقة المائية السفلية باستخدام صمام الإيقاف في القمع الفصلي. تبدو هذه الطبقة شفافة وحمراء داكنة.
  7. انقل محلول الهيدرومون المائي إلى أنابيب الطرد المركزي وادور بقوة 8000 x g لمدة 20 دقيقة عند 4 درجات مئوية لإزالة أي بقايا خلية متبقية أو مواد مستحلبة.
  8. قم بترشيح المادة الفائقة عبر شق تراب دياتومي باستخدام نظام ترشيح مفرغ. استخدم شفطة كهربائية لطيفة فقط (تجنب الضغط السلبي العالي الذي قد يسبب رغوة أو فقدان البروتين).
  9. اجمع الفلترات التي تحتوي على Hb الخالي من السد. خزن هذا المرق على الثلج إذا استخدم فورا، أو أليكوت (~1 مل) وقم بتجميده عند −80 درجة مئوية للاستخدام طويل الأمد.
    ملاحظة: قد تخزن أليكوات Hb مجمدة لعدة أشهر دون تدهور ملحوظ.
  10. قم بقياس تركيز Hb باستخدام اختبار بروتين حمض البيسينشونيك وفقا لبروتوكول الشركة المصنعة، باستخدام Hb البقري النقي كمعيار للمعايرة. اضبط مخزون الهيدرومون النهائي إلى تركيز العمل المطلوب (عادة 20 ملغ مل-1 في مخزن HEPES، ودرجة الحموضة 7.4).
    ملاحظة: توقع محلول Hb شفاف أحمر خال من المادة الخلوية.
  11. اختياري: قياس أطياف امتصاص الأشعة فوق البنفسجية (375-700 نانومتر) من الهيدروبون المستخرج لتقييم قدرته على ارتباط الأكسجين وإطلاقه. سجل طيف الأشعة فوق البنفسجية الأولية. أضف ثنائي الصوديوم وقم بتطهير الغاز بN2 لمدة 10 دقائق لإطلاق الأكسجين، وسجل طيف الهيدرومونيوم الخالي من الأكسجين. بعد ذلك، قم بتطهير الهواء لمدة 10 دقائق للسماح بإعادة الأكسجة وإعادة تسجيل الطيف.
    ملاحظة: وجود نطاقات سوريت وQ المميزة لنطاق الأكسجين (~412 نانومتر لنطاق سوريت؛ ~541 و~577 نانومتر لنطاق Q) ومنزوعة الأكسجين (~430 نانومتر لنطاق سوريت؛ ~557 نانومتر لنطاق Q) Hb بعد التنقية بالهواءوN2 على التوالي، يشير إلى أن Hb لا يزال يعمل (الشكل التكميلي 1).
    تحذير: تعامل مع التولوين بحذر في غطاء بخار مع ارتداء معدات الحماية الشخصية المناسبة، بما في ذلك معطف مختبر ونظارات أمان وقفازات. في هذه الدراسة، تم جمع جميع سوائل النفايات التي تحتوي على تولوين والتخلص منها كنفايات كيميائية عضوية في حاويات مخصصة (المجموعة C)، وتحمل علامة "تولوين وخليط"، وفقا لإرشادات وزارة البيئة الدنماركية. الوثائق المقابلة للتخلص من النفايات متوفرة في الملف التكميلي 1.

2. تصنيع HP-UiO-66-NH2 NPs (المدة المتوقعة: 3 أيام)

تحذير: HCl (37٪) مادة تآكلية؛ المقبض داخل غطاء بخار مع معطف مختبر، وقفازات مقاومة للحمض، وحماية مناسبة للعين. أضف الحمض ببطء وتجنب استنشاق الأبخرة.

  1. وزن ZrCl4 (400 ملغ، 1.715 ملليمول) في قارورة دائرية قاع بسعة 250 مل. أضف DMF ببطء (80 مل) واستخدم الموجات فوق الصوتية لمدة 5 دقائق لإذابة ZrCl4 تماما. أضف DA (12 جم، 60 ملليمول) وقم بالتفوق فوق الصوتي لمدة 30 دقيقة إضافية حتى يتم الحصول على محلول شفاف ومتجانس. قس حجم المحلول الكلي باستخدام أسطوانة متدرجة وأضف DMF حسب الحاجة لضبط الحجم النهائي إلى 100 مل. يعمل DA كمعدل تنافسي، حيث يدخل عيوبا مشبكا مسيطر عليها.
    ملاحظة: أضف DMF ببطء عند إذابة ZrCl4، لأن عملية التنسيق طاردة للحرارة وقد تسبب بعض التدخين الطفيف؛ قم بجميع العمليات في غطاء بخاري. ضع في الاعتبار زيادة الحجم الناتجة عن دمج DA باستخدام حجم ابتدائي 80 مل DMF لإذابة ZrCl4 و DA، وضبط الحجم النهائي إلى 100 مل فقط بعد الذوبان الكامل لضمان التحكم الدقيق في التركيز.
  2. أضف 2-أمينو-1,4-بنزينيديكربوكسيليك حمض (BDC-NH2، 155 ملغ، 0.857 ملليمول) إلى نفس القارورة وقم بسونيك لمدة 30 دقيقة إضافية. استمر حتى يتم الحصول على محلول أصفر باهت متجانس.
  3. انقل الخليط إلى أوتوكلاف مطاط بالتفلون بسعة 150 مل أو وعاء ضغط دائري مناسب للتخليق الحراري المذاب. أغلق بإحكام وضعه في فرن كاتم صوت مسبق التسخين عند 120 درجة مئوية لمدة 18 ساعة. لا تزعج المفاعل أثناء التسخين لتجنب التكوين النووي غير المنضبط.
  4. بعد التفاعل، أطفئ الفرن ودع الوعاء يبرد طبيعيا إلى درجة حرارة الغرفة (~2 ساعة). لاحظ وجود تعليق أصفر ناعم يظهر بشكل متساو في جميع أنحاء الوسط.
  5. اجمع المنتج عن طريق الطرد المركزي (11,000 × جرام، 10 دقائق، درجة حرارة الغرفة) وتخلص من السوبرناتانت. اغسل الحبيبة ب DMF (100 مل) ثلاث مرات باستخدام نفس ظروف الطرد المركزي لإزالة الليجاند الزائد وDA غير المتفاعل. إذا لم يكن المنتج مكونا بالكامل، قم بتمديد وقت الطرد المركزي حسب الحاجة.
  6. حضر محلول إزالة الحمض المكون من DMF (100 مل) يحتوي على 0.5 مل HCl مركز (37٪). اغمر الحبيبة المغسولة بالكامل في هذا المحلول وسخنها في فرن كاتم صوت عند 90 درجة مئوية لمدة 12 ساعة. تقوم هذه الخطوة بإزالة معدل DA، مما يخلق أبواما متوسطة داخل الهيكل.
  7. بعد 12 ساعة، يقوم بالطرد المركزي (11,000 × جرام، 5 دقائق، درجة حرارة الغرفة) ويتخلص من السوبرناتينت. كرر المعالجة الحمضية باستخدام دفعة جديدة من DMF تحتوي على 0.5 مل HCl لضمان إزالة DA بالكامل. إذا لم يكن المنتج مكونا بالكامل، قم بتمديد وقت الطرد المركزي حسب الحاجة.
  8. اغسل الحبيبة بشكل متسلسل باستخدام DMF، والأسيتون، والإيثانول (100 مل، 11,000 × جرام، 5 دقائق، درجة حرارة الغرفة) لإزالة أي حمض ومذيب متبقين. إذا لم يكن الترسيب مقبرا بالكامل، قم بتمديد وقت الطرد المركزي حسب الحاجة. بين كل غسل، أعد توزيع الحبيبة بلطف عن طريق الدوامة أو السونيكاشن الخفيف.
  9. جفف المنتج في فرن مفرغ (140 درجة مئوية) طوال الليل بعد تجفيف المحيط داخل غطاء البخار. المواد النهائية (HP-UiO-66-NH2 NPs) تظهر كمسحوق أصفر ناعم. توقع إنتاجية نموذجية ~428 ملغ.
  10. تأكد من أن ذروة PXRD عند 2θ = 7.3°، 8.4°، 25.7° تبقى حادة (الشكل 2A)، مما يشير إلى احتفاظ بطوبولوجيا UiO-66 البلورية. تحقق من إزالة الحمض النووي الكامل بواسطة 1H NMR بعد الهضم القلوي (2 مليون كيلو أوه فيD2O) (عدم وجود ذروات ميثيلين عند 1.2 جزء في المليون) (الشكل 2B).
  11. قم بتوصيف المسامية بN2 امتصاص-تفكيك عند 77 كلفون50. يعرض المنحنى متساويا حرارة من النوع الأول/الرابع مع حلقة هيستريزيس (الشكل 2C)، مما يؤكد تكوين الميزوبور.
    ملاحظة: يؤدي عدم اكتمال التجفيف بدرجات حرارة عالية أو نقص كتلة العينة إلى قياسات غير دقيقة للمسامية باستخدام متساويات الحرارةN2 للامتصاص-الامتصاص؛ كرر عملية التجفيف بالفراغ عند 140 درجة مئوية وتأكد من أن وزن العينة يتجاوز 100 ملغ إذا كانت مساحة بروناور−إيميت−تيلر (BET) < 1,000 متر2 جم-1.
  12. اختياري: تقييم شكل الNPs باستخدام SEM. تظهر NPs HP-UiO-66-NH2 مورفولوجيا كروية مع توزيع ضيق بحجم ~100 نانومتر (الشكل 2D).
    ملاحظة: توقع وجود NPs HP-UiO-66-NH2 تحتوي على كل من الميكرو-مسام والميزوبور، مناسبة لتغليف Hb لاحقا.
  13. يمكن توسيع تخليق NPs HP-UiO-66-NH2 عن طريق زيادة جميع المواد الكيميائية والمذيبات المستخدمة في الخطوات 2.1 - 2.9 بشكل متناسب وإجراء تفاعلات حرارية متواز متوازية. من خلال الحفاظ على نفس النسب المولية، والتركيزات، ودرجة حرارة التفاعل، ووقت التفاعل، وزيادة كميات الكواشف والمذيبات بمقدار 1.5 ضعف، يمكن تشغيل اثنين أو أكثر من أجهزة معقم مبطنة بالتفلون بسعة 150 مل أو أوعية ضغط ذات قاع دائري في نفس الوقت، مما يتيح إنتاج NPs HP-UiO-66-NH2 على مقياس الجرام (الشكل 3).
    ملاحظة: استخدم جميع المذيبات العضوية داخل غطاء بخار أثناء ارتداء معطف مختبر وقفازات مقاومة للحمض وحماية مناسبة للعين. جمع جميع سوائل النفايات التي تحتوي على DMF والتخلص منها كنفايات سائلة عضوية في حاويات مخصصة (المجموعة C) الموسومة ب "DMF والخليط" وفقا لإرشادات وزارة البيئة الدنماركية. تم التعامل مع محاليل النفايات التي تحتوي على كميات ضئيلة من ZrCl4 وHCl وفقا لذلك. الوثائق المقابلة للتخلص من النفايات متوفرة في الملف التكميلي 1.

3. توظيف الأزيد لجرعات HP-UiO-66-NH2 NPs (HP-UiO-66-N3 NPs) (المدة المتوقعة: يوم واحد)

تحذير: تريميثيلسيل أزيد (TMSN₃) وتيرت-بيوتيل نيتريت (tBuONO) سامان ومتطايرتان. قم بجميع الخطوات مرتديا غطاء بخار وارتداء معطف مختبر وقفازات نيتريل وحماية للعين.

  1. قم بوزن دقيق من أقراص HP-UiO-66-NH2 NPs (50 ملغ) في قارورة دائرية قاع بحجم 25 مل. أضف THF (10 مل) وقم بعمل موجات فوق صوتية لمدة 5 دقائق لتشتت الجزيئات بالكامل. التعليق يصبح معتما لكنه متجانس.
    ملاحظة: التشتت الموحد للكائنات غير الطبيعية بعد السونيكايشن أمر بالغ الأهمية للاتصال الفعال مع المتفاعلات. إذا كان التشتت غير مكتمل، زد حجم المحلول وكرر عملية السونيكشن.
  2. ضع القارورة في حمام ماء مثلج (0 درجة مئوية) على محرك مغناطيسي مضبوط على 400 دورة في الدقيقة. باستخدام حقنة زجاجية، أضف BuONO(0.4 مل) بشكل انخفاضي خلال 5 دقائق مع الحفاظ على درجة الحرارة أقل من 5 درجات مئوية.
  3. أضف فورا TMSN₃ (0.35 مل) بشكل قطري تحت نفس الظروف الباردة. قد يظهر تدفق خفيف يدل على تقدم النيتروسا. لف الحوض بورق الألمنيوم لحماية التفاعل من الضوء..
  4. استمر في تحريك خليط التفاعل طوال الليل (~16 ساعة) في حمام ماء الجليد للسماح بالاستبدال الكامل لمجموعات الأمين بالأزيد على سطح MOF.
  5. أزل حمام الثلج ودع التعليق يصل إلى درجة حرارة الغرفة. الطرد المركزي (11,000 × جم، 5 دقائق، درجة حرارة الغرفة) لجمع المضادات الطبيعية المعدلة. إذا لم يكن الترسيب مقبرا بالكامل، قم بتمديد وقت الطرد المركزي حسب الحاجة.
  6. اغسل الحبيبة جيدا ب THF (10 مل) ثلاث مرات، واجمعها بالطرد المركزي (11,000 × جرام، 5 دقائق، درجة حرارة الغرفة) بعد كل غسل. تبع ذلك ثلاث غسولات إضافية باستخدام الأسيتون (10 مل)، مع الطرد المركزي تحت نفس الظروف، لإزالة الكواشف المتبقية والمنتجات الثانوية. إذا لم يكن الترسيب مقبرا بالكامل، قم بتمديد وقت الطرد المركزي حسب الحاجة.
  7. جفف المنتج (HP-UiO-66-N3 NPs) باستخدام فرن (140 درجة مئوية) تحت التفريغ طوال الليل بعد التجفيف المحيط داخل غطاء البخار. توقع إنتاجية نموذجية ~45 ملغ.
  8. تحقق من التحول الكيميائي بواسطة مطيافية FTIR: يظهر امتداد أزيدي حاد غير متماثل عند ~2122 سم-1 (الشكل 4A). ترتبط شدة الشريط بكفاءة استبدال السطح.
    ملاحظة: التحويل غير الكامل يمكن أن يؤثر على تصريف النقر اللاحق. إذا كان نطاق الأزيد ضعيفا، كرر الوظيفة باستخدام كميات ثنائية الشكل من tBuONO و TMSN₃. توقع وجود NPs ذات نهاية أزيدو HP-UiO-66-N3 مع تبلور محفوظة وبنية ميزومسام (الشكل 4B-D)، جاهزة لتغليف Hb وPEGylation SPAAC.
    تحذير: اجمع جميع سوائل النفايات التي تحتوي على TMSN₃، بما في ذلك الخلطات مع كواشف أخرى (مثل tBuONO وTHF)، في حاويات النفايات الخطرة المخصصة من المجموعة O وفقا لإرشادات وزارة البيئة الدنماركية. ضع ملصقات واضحة على جميع الحاويات للدلالة على وجود TMSN₃ ومخلطاته. الوثائق ذات الصلة للتخلص من النفايات متوفرة في الملف التكميلي 1.

4. تحميل Hb وقياسه (المدة المتوقعة: يومان)

  1. نقل HP-UiO-66-N3 NPs (5 ملغ) إلى أنبوب طرد مركزي بسعة 2 مل، تليها صوت ~2 دقيقة في 0.5 مل من مخزن HEPES (20 ملليمتر، درجة حموضة 7.4). أضف 0.5 مل من محلول HEPES الذي يحتوي على Hb (20 ملليمتر-1) وقلب الأنبوب بلطف عدة مرات لتشتت ال NPs بالكامل.
  2. ضع الأنبوب على جهاز هزاز حراري وحضن الأنبوب عند درجة حرارة الغرفة (22-25 درجة مئوية) تحت سرعة 1000 دورة في الدقيقة مع هزها لمدة ساعتين.
  3. بعد الحضانة، قم بعمل طرد مركزي بمقدار 13,500 x g لمدة 5 دقائق في درجة حرارة الغرفة لإطلاق الحبوب الناتجة Hb@HP-UiO-66-N3 NPs. اجمع المادة الفائقة بعناية لقياس كمية Hb غير المحبوسة. إذا لم يكن الترسيب مقبرا بالكامل، قم بتمديد وقت الطرد المركزي حسب الحاجة.
  4. اغسل الحبيبة بلطف بماء فائق نقي (1 مل) عن طريق وضع الأنابيب للأعلى والأسفل لإزالة الهيدروبون الممتزة بشكل فضفاض، وكرر الغسيل مرتين. اجمع بعناية فائق كل غسيل لقياس كمية الهيدروبون غير المحبوسة. أعد تعليق الحبيبة النهائية في ماء فائق النقاء بسعة 0.5 مل للتوصيف. احتفظ بالعينات في الثلاجة (4 درجات مئوية) لمنع الأكسدة.
  5. حدد Hb غير محبوس في الكبريتات المجمعة باستخدام اختبار كبريتات لوريل الصوديوم (SLS)-Hb51. قم ببيبيته ب 10 ميكرولتر من كل مادة فائقة في صفيحة دقيقة بسعة 96 بئر وأضف 100 ميكرولتر من مادة SLS (0.6 ملغ ملل-1 في ماء فائق النقي). حضن لمدة 5 دقائق في درجة حرارة الغرفة في الظلام، ثم اقرأ الامتصاص عند 412 نانومتر باستخدام مطياف الأشعة فوق البنفسجية.
  6. تحضير منحنى قياسي باستخدام محاليل Hb (0-10 mgm-1) في مخزن HEPES لتحويل قيم الامتصاص إلى تركيز.
  7. احسب كفاءة التغليف (EE) ومحتوى التحميل (LC) كما يلي:
    EE (٪) = [(Hb الابتدائي - Hb فائق)/Hb ابتدائي] × 100
    LC (٪) = [(Hb مغلف)/(كتلة Hb مغلفة + NP)] × 100
  8. لزيادة تغليف الهيدرومون، حضن 100 ملغ من NPs مع 20 مل من محلول Hb (10 ملليمتر). لتقييم المسامية بعد التغليف، يغمر الميكروبات النارية الناتجة في الإيثانول لمدة 24 ساعة، ثم يجفف طوال الليل في فرن مفرغ عند 140 درجة مئوية، وسجل متساوي الحرارة للامتصاص والامتصاص نيتروجين2 لتقييم المسامية. يشير اللون الأحمر للمسحوق إلى نجاح تغليف Hb (الشكل 5A)، وانخفاض ملحوظ في امتصاصN2 يؤكد نجاح ملء الميزوبورات ب Hb (الشكل 5B).
  9. قس جهد ζ باستخدام زيتاسايزر نانو ZS. تنخفض الشحنة السطحية من ~+40 مللي فولت (HP-UiO-66-N3 NPs) إلى ~+20 مللي فولت (Hb@HP-UiO-66-N3 NPs)، بما يتوافق مع امتصاص Hb (الشكل 5C).
  10. اختياري: الحصول على مخطط SEM المجهري (الشكل 5D) ومخطط الحيود PXRD (الشكل 5E) لضمان السلامة الشكلية والاستقرار الهيكلي.
  11. سجل أطياف الأشعة فوق البنفسجية (375-700 نانومتر) لتقييم ارتباط الأكسجين العكسي للنبتات الناروليفية. أضف ثنائي الصوديوم وقم بتطهير النيتروجين2 لمدة 10 دقائق لتحرير الأكسجين، ثم سجل الطيف، ثم تطهير الهواء لمدة 10 دقائق للسماح بإعادة الارتباط، وسجل الطيف مرة أخرى (الشكل 5F).
    ملاحظة: وجود نطاقات سوريت وQ المميزة لنطاق السوريت المؤكسج (~412 نانومتر لنطاق سوريت؛ ~541 و~577 نانومتر لنطاق Q) ومنزوعة الأكسجين (~430 نانومتر لنطاق سوريت؛ ~557 نانومتر لنطاق Q) Hb بعد التنقية بالهواءوN2 على التوالي، يشير إلى أن Hb لا يزال وظيفيا.
  12. توقع أن تكون النيروبوتات الحمراء الموحدة Hb@HP-UiO-66-N3 تحتوي على هيدرومونيوم نشط وظيفيا مع أسلوب أكسجين قابل للعكس.

5. تصنيع NPs Hb@HP-UiO-66-PEG: PEGylation عبر SPAAC (المدة المتوقعة: يومان)

  1. جهز أنبوب طرد مركزي بسعة 2 مل يحتوي على Hb@HP-UiO-66-N₃ NPs (10 ملغ) موزعة في ماء فائق نقي بسعة 0.5 مل. أضف DBCO-PEG (ميلي واط ~2,000، 20 ملغ في ماء فائق نقي 0.5 مل) لتحقيق نسبة 2:1 (بوزن إلى بيض) بين PEG إلى NPs. استخدم دوامة لطيفة حتى يتم الخلط بالكامل.
  2. حضن الخليط على جهاز هزاز حراري في درجة حرارة الغرفة وبسرعة 1000 دورة في الدقيقة لمدة ساعة، ثم انقله إلى ثلاجة (4 درجات مئوية) للتفاعل الليلي (~16 ساعة). يقوم تفاعل النقر الخالي من المحفز بربط DBCO بشكل تساهمي مع مجموعات الأزيد، مكونة روابط تريازول مستقرة.
  3. الطرد المركزي بحرارة 12,000 × جرام لمدة 5 دقائق في درجة حرارة الغرفة لإطلاق الأقراص المضادة للطاقة الطبيعية المصنوعة من Hb@HP-UiO-66-PEG المتبثقة. إذا لم يكن الترسيب مقبرا بالكامل، قم بتمديد وقت الطرد المركزي حسب الحاجة. تخلص من المادة الفائقة التي تحتوي على PEG غير المتفاعل.
  4. اغسل الحبيبة ثلاث مرات بماء فائق النقي (2 مل لكل منها عن طريق الأنابيب صعودا وأسفلا) تحت ظروف طرد مركزي متطابقة. وهذا يضمن إزالة سلاسل PEG الحرة والمنتجات الجزيئية الصغيرة.
  5. أعد تعليق النيران الطبيعية النقية Hb@HP-UiO-66-PEG في مياه فائقة النقاء بسعة 2 مل وتخزينها عند 4 درجات مئوية.
    يبدو الغروي متجانسا ومائيا قليلا، مما يدل على ثبات جيد في التشتت.
  6. تأكيد نجاح PEGylation بواسطة مطيافية FTIR (الشكل 6A): اختفاء نطاق الأزيد عند 2122 سم-1 وظهور إشارات الميثيلين المشتق من PEG (−CH2−) ورابطة الإيثر (−O−) عند 2883 و1097 سم-1 على التوالي.
  7. تحقق بواسطة 1H NMR (الشكل 6B) بعد الهضم القلوي في 2 M KOH/D2O; تظهر العينات الموحدة إشارة إضافية عند δ = 3.53 جزء في المليون تتوافق مع بروتونات الأوكسي إيثيلين في PEG.
  8. قس القطر الهيدروديناميكي ومؤشر التشتت المتعدد (PDI) بواسطة DLS (الشكل 6C).
    زيادة من ~115 نانومتر (PDI ~0.1) إلى ~140 نانومتر (PDI ~0.17) تؤكد وجود طبقة بوليمر رقيقة من الطبقة السطحية.
  9. اختياري: قياس جهد ζ السطح باستخدام Zetasizer Nano ZS للتحقق من التأثير الضئيل لPEGylation السطح على الشحنة السطحية (الشكل 6D). يشير التغير الطفيف بعد PEGylation (من ~+20 mV إلى ~+17 mV) إلى تأثير طفيف على شحنة السطح.
  10. راقب الشكل بواسطة TEM (الشكل 6E). يكشف TEM عن حافة منتشرة ~10-12 نانومتر حول حافة الجسيمات التي تمثل هالة PEG.
  11. قم بإجراء اختبار إطلاق الأكسجين باستخدام قطب أكسجين (الشكل 6F) لإظهار أن وظيفة Hb تبقى سليمة بعد PEGylation، مشابهة للشكل غير PEGylated. توقع وجود NPs مستقرة بلون Hb@HP-UiO-66-66-PEG مستقرة ومتفرقة بلون بني محمر تظهر استقرارا غرويا قويا وقدرة احتفاظ بقدرة الارتباط بالأكسجين، مناسبة للاختبارات الفسيولوجية طويلة الأمد.
  12. اختياري: توصيل منحنيات تفكك الأكسجين (ODCs) للهيدرومون الحر والهيدروبون المغلفة في Hb@HP-UiO-66-PEG NPs لتحديد ضغط الأكسجين الجزئي عند تشبع الأكسجين 50٪ Hb (p50) ومعامل التل (التل-n) (الشكل 7).

6. تقييم استقرار الممرضات الممارسات (المدة المتوقعة: 7 أيام)

  1. قم بتوزيع Hb@HP-UiO-66-PEG NPs (~5 ملغ) في سبعة أنابيب طرد مركزي بسعة 2 مل. أضف 2 مل من كل وسط: ماء فائق النقي، محلول ملحي (0.9٪ NaCl)، HEPES (20 ملليمولار)، مصل الفئران، بلازما الإنسان، جلوكوز دولبيكو المعدل من إيغل (DMEM)، ومحلول ملحي مخزن بالفوسفات (PBS). تأكد من إغلاق أغطية أنابيب الطرد المركزي بإحكام لمنع تبخر الوسط أثناء الحضانة. يتم شراء مصل الفئران CD-1 والبلازما البشرية من شركة Innovative Research (نوفي، ميشيغان، الولايات المتحدة).
  2. حضن العينات عند 37 درجة مئوية في جهاز هزاز حراري بسرعة 1000 دورة في الدقيقة لمدة تصل إلى 7 أيام.
  3. بعد 3 و7 أيام، اجمع الجسيمات بالطرد المركزي (12,000 جرام، 10 دقائق، درجة حرارة الغرفة)، ثم اغسلها مرة واحدة بماء فائق النقي، وجففها لعمل PXRD (الشكل 8A). إذا لم يكن الترسيب مقبرا بالكامل، قم بتمديد وقت الطرد المركزي حسب الحاجة.
  4. عند 0، 24، 72، و168 ساعة، اسحب الأليكوات (~50 ميكرولتر) وتخفيفها 20 مرة لتحليل DLS (الحجم ومؤشر PDI) (الشكل 8B).
  5. اختياري: جهز عينات SEM بعد 48 ساعة في PBS لفحص الشكل بصريا (الشكل 8C).
    ملاحظة: تخفيف تعليق NPs (في PBS) بماء فائق النقاء ضروري لتحليل SEM لأنه يقلل التداخل الخلفي من مكونات المخزن ويسهل التصوير الواضح لل NPs.
  6. قارن مع NPs غير PEGylated Hb@HP-UiO-66-N3 تحت ظروف متطابقة؛ الاختفاء السريع للانعكاسات البلورية المميزة وظهور ميزات تشتت غير متبلور واسعة يشير إلى عدم الاستقرار بدون طلاء PEG.
    ملاحظة: تظل العينات المصنوعة من PEGylated سليمة هيكليا بعد 7 أيام في جميع الوسط، بينما تتحلل العينات غير المغلقة خلال 24 ساعة في PBS أو DMEM.

7. التوصيف الفيزيائي الكيميائي (المدة المتوقعة: ~15 يوما)

ملاحظة: يصف هذا القسم الطرق التحليلية المطلوبة لتأكيد شكل NPs وتركيبها ومساميتها وسلامة Hb. تؤكد هذه التقنيات التوصيفية بشكل جماعي قابلية تكرار عمليات التوليف والتعديل.

  1. PXRD
    1. جفف ~5 ملغ من كل عينة NP في مجفف الفريزر طوال الليل قبل القياس لإزالة الرطوبة الممتزة.
    2. حمل العينة على حامل سيليكون مسطح ذو خلفية صفرية وقم بتسويته بلطف باستخدام شريحة زجاجية نظيفة لتكوين طبقة رقيقة وموحدة.
      ملاحظة: تجنب الضغط بقوة زائدة، فقد يؤدي ذلك إلى تأثيرات الاتجاه المفضل.
    3. سجل أنماط PXRD باستخدام مقياس حيود على سطح الطاولة مزود بإشعاع Cu Kα (λ = 1.5418 Å). اضبط معايير المسح على 2θ = 4-50°، حجم الخطوة = 0.02°، التوقف = 1 ثانية لكل خطوة.
    4. قارن الأنماط التي تم الحصول عليها مع بنية UiO-66 المحاكاة التي تم إنشاؤها باستخدام برنامج ميركوري بناء على بيانات البلورات السابقة31. وجود قمم حادة عند 7.3° و8.4° و25.7° يشير إلى سلامة البلورات.
  2. N2 امتصاص-تفكيك (توزيع مساحة سطح BET وحجم المسامات)
    1. انزع ~100 ملغ من كل عينة NP عند 140 درجة مئوية تحت الفراغ لمدة 24 ساعة باستخدام نظام Micromeritics Smart VacPrep مع تطهيرN2 فائق النقاء للغاية.
    2. انقل العينات المزولة فورا إلى منفذ التحليل في محلل مساحة سطح Micromeritics Tristar. سجلN2 متساوي الحرارة عند 77 كلفن ضمن نطاق ضغط نسبي (P/P₀) من 0-1.
    3. حساب مساحات السطح باستخدام طريقة BET وفقا لمعيار روكرول الموسع52. احسب توزيع حجم المسامات عبر نظرية الكثافة الوظيفية غير المحلية المطبقة في برنامج Micromeritics.
    4. قم بتوليد منحنيات الامتصاص/الإزالة ومخططات توزيع حجم المسامات باستخدام Origin 2022. استيراد بيانات الامتصاص/الامتصاص إلى البرنامج، مع الضغط النسبي (P/P₀) على المحور X وحجم الامتصاصN2 على المحور Y.
    5. رسم بيانات توزيع حجم المسام بحيث يكون عرض المسامات كمحور X وحجم المسام المتزايد كمحور Y. قدم النتائج كرسوم بيانية "خط + رمز". قم بإجراء جميع التحليلات باستخدام إعدادات البرنامج الافتراضية.
  3. مطيافية FTIR
    1. اطحن ~5 ملغ من كل عينة مجففة إلى مسحوق ناعم باستخدام هاون عقيق نظيف. ضع المسحوق على بلورة ATR لمطياف بروكرALPHA-P 53.
    2. اجمع أطياف في نطاق 4000-400 سم-1 بدقة 2 سم-1 .
    3. تحديد القمم المميزة: ظهور امتدادN 3 عند ~2122 سم-1 يؤكد تكوين الأزيد (الشكل 4A). بعد PEGylation، لاحظ نطاقي −CH2− وC-O-C عند ~2883 سم-1 و~1097 سم-1 على التوالي، مع اختفاءامتداد N3 (الشكل 6A). توقع اختفاء نطاق الأزيد وظهور إشارات الميثيلين المستمدة من PEG (−CH2−) وعظم الإيثر (−O−) تؤكد اكتمال تفاعل SPAAC.
    4. ارسم منحنيات FTIR باستخدام Origin 2022. استيراد البيانات الخام إلى البرنامج بقيم X (رقم الموجة) وY (النفاذ). قم بإنشاء الرسوم البيانية بصيغة "Line" باستخدام الإعدادات الافتراضية للبرنامج.
  4. 1H NMR
    1. أضف ~10 ملغ من NPs إلى 0.5 ملليتر من 2M KOH في D2O موضوعا في قارورة زجاجية، وسخن على حرارة 80 °م لمدة ساعة إلى ساعتين لهضم الإطار.
    2. الطرد المركزي (12,000 × جرام، 10 دقائق، درجة حرارة الغرفة) لتدوير البقايا غير المذابة. انقل المادة الفائقة إلى أنبوب رنين مغناطيسي NMR عيار 5 مم.
    3. سجل طيف الرنين المغناطيسي النووي 1H على مطياف بروكر أفانس بسرعة 400 ميجاهرتز.
    4. تعيين التحولات الكيميائية المميزة، بما في ذلك البروتونات العطرية ل BDC-NH2 (δ = 6-8 جزء في المليون) وإشارات PEG (δ = ~3.53 جزء في المليون، الشكل 6B)، باستخدام برنامج MestReNova. حلل بيانات الرنين المغناطيسي النووي باستخدام وحدة معالجة الرنين المغناطيسي النووي في البرنامج مع الإعدادات الافتراضية.
  5. SEM
    1. ترسيب قطرة ~5 ميكرولتر من تعليق NP على رقاقة السيليكون؛ دعها تجف في الهواء في خزانة خالية من الغبار. إذا حدث شحن، قم بتغطية القطع بذهب 5 نانومتر.
    2. صورة على جهاز FEI Quanta 200 SEM عند جهد تسريع 10-20 كيلوفولت.
    3. حلل الصور باستخدام ImageJ. استورد صور TIFF الأصلية مع معلومات المقياس المدمجة إلى البرنامج وضبط السطوع والتباين فقط للتصور. لا تطبق أي معالجة إضافية قد تؤثر على المعلومات البعدية. قم بتوليد أشرطة القياس باستخدام دالة التحليل في البرنامج.
  6. TEM
    1. ضع ~5 ميكرولتر من تشتت NP على شبكة من الكربون النحسي (300 شبكة). قم بإزالة الزائد بورق الفلتر وجفف في الظروف المحيطة.
    2. افحص تحت محرك FEI Tecnai T20 G2 TEM بقوة 200 كيلوفولت.
    3. حلل الصور باستخدام ImageJ. تتبع معالجة الصور الإجراءات الموضحة في القسم 7.5.3.
  7. DLS وإمكانات ζ
    1. تخفف NPs ~20 ضعفا في الماء فائق النقاء لتحليل الحجم وتحليل PDI؛ بالنسبة لجهد ζ، يتم تخفيفه في مخزن HEPES (20 مللي مولار، رقم الهيدروجينيوم 7.4).
    2. قم بالقياس باستخدام جهاز Zetasizer Nano ZS عند 25 درجة مئوية. يتم إعداد ثلاث عينات مستقلة على الأقل (n = 3)، ويتم قياس كل عينة بثلاث نسخ.
    3. رسم بيانات DLS وبيانات الجهد ζ باستخدام Origin 2022. قدم توزيع حجم الجسيمات المرجحة بالشدة كرسوم بيانية "خط + رمز" ونتائج جهد ζ كرسوم بيانية "عمودية". أبلغ عن البيانات كمتوسط ± انحراف معياري (n = 3). قم بإجراء جميع التحليلات باستخدام الإعدادات الافتراضية للبرنامج.
  8. التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية لوظائف Hb
    1. وزع 3 ملغ من الهيدرومون الحر أو كمية مماثلة من الهيدروجين الزجاجي (أي تحتوي على كمية مكافئة من الهيدروبون المغلف) في مياه فائقة النقاء بحجم 3 مل. انقل التعليقات إلى كوفيت كوارتز. تسجيل أطياف الرؤية فوق البنفسجية من 375-700 نانومتر باستخدام مطياف UV−vis UV-2600.
    2. أضف رشة من الديديثيونيت الصوديوم إلى محلول Hb أو تعليق NP وقم بتطهيرN2 لمدة 10 دقائق لإزالة الأكسجين من العينة. سجل انتقال نطاق سوريت من 412 إلى 430 نانومتر ودمج نطاقات Q. أعد أكسجين العينة عن طريق فقاعات الهواء لمدة 10 دقائق لملاحظة الانعكاس (الشكل 5F والشكل الإضافي 1).
    3. رسم البيانات باستخدام Origin 2022. قدم الأطياف كرسوم بيانية "خطية"، مع طول موجة على المحور X والامتصاص على المحور Y.
  9. قياس كمية الأكسجين المنبعثة
    1. قم بتفريق 1 ملغ من Hb الحر أو كمية مماثلة من Hb@HP-UiO-66-N3 و Hb@HP-UiO-66-PEG NPs (تحتوي على كمية مكافئة من Hb مغلف) في مياه فائقة النقاء بحجم 600 ميكرولتر. انقل التعليق إلى قوارير زجاجية بسعة 2 مل وأغلقها بإحكام بأغطية مطاطية.
    2. أدخل بحذر مسبار إبرة قطب الأكسجين عبر الغطاء المطاطي في التعليق لمراقبة مستوى الأكسجين المذابباستخدام متر O 2 من نوع الإبرة.
    3. أضف بسرعة محلول K3[Fe(CN)6] (10٪ وزن في ماء فائق نقي 100 ميكرولتر) إلى التعليق باستخدام إبرة حقنة وسجل باستمرار تغير مستوى الأكسجين.
    4. احسب الأكسجين المنطلق عن طريق طرح القيمة القصوى التي تم ملاحظةها بعد إضافة K3[Fe(CN)6] من القيمة الابتدائية التي تسبق إضافتها. قم بتطبيع القيم المكتسبة للأكسجين المنبعثة من نفس كمية الهيدرومون الحر (الشكل 6F) باستخدام Origin 2022. قس ثلاث عينات مستقلة (n = 3) لهرمون حر أو لكل NP.
      ملاحظة: تظهر NPs Hb@HP-UiO-66-N3 و Hb@HP-UiO-66-PEG إطلاق أكسجين مماثل، حيث يطلق كل منهما ~60٪ من الأكسجين المنبعث من Hb الحر.
  10. قياس ODCs وحساب p50 و Hill-n
    1. تحضير NPs Hb أو Hb@HP-UiO-66-PEG حرة بتركيز نهائي Hb ~1 ملليمتر-1 في محلول HEPES-محلول ملحي بحجم 3 مل (20 ملليمورا HEPES، 0.9٪ (مع الخصم/الوزن) NaCl، pH 7.4). انقل العينة إلى كوفيت كوارتز مزود بقضيب تحريك مغناطيسي.
    2. ضع الكوفيت في محلل هيموكس. اضبط درجة حرارة القياس على 37 درجة مئوية وترك النظام يتوازن تحت التحريك المستمر حتى يتم تحقيق خط أساس مستقر.
    3. سجل ODCs عن طريق إزالة الأكسجين تدريجيا على نطاق ضغط جزئي يتراوح بين 1-148 مم زئبق. استخدم برنامج محلل Hemox المثبت مسبقا لقياس ODCs وحساب p50 و Hill-n باستخدام إعدادات التحليل الافتراضية. قس ثلاث عينات مستقلة (n = 3) لكل عينة.
    4. تصدير البيانات المعالجة ورسم الرسومات التوضيحية باستخدام Origin 2022 بتنسيق الرسم البياني "الخط" الافتراضي.

8. قابلية التكرار والتحليل الإحصائي

  1. قم بتنفيذ جميع الإجراءات الموضحة في هذا البروتوكول ثلاث مرات مستقلة على الأقل. أبلغ عن النتائج كنتائج نموذجية لوحظت عبر هذه التكرارات. الحفاظ على المعايير التجريبية الرئيسية، مثل أوقات التفاعل ودرجات الحرارة، ضمن نطاق معقول لضمان قابلية التكرار والموثوقية للمستخدمين الآخرين.
  2. التوصيف الهيكلي الحالي (PXRD، N2 امتصاص-تفكيك، FTIR، 1H NMR، SEM، UV-vis) كبيانات تمثيلية للتأكيد النوعي دون إجراء تحليل إحصائي.
  3. أبلغ عن القياسات الكمية (DLS، جهد ζ، p50، Hill-n) كمتوسط ± SD (n ≥ 3). تحديد الدلالة الإحصائية باستخدام اختبار t ويلش ذو الذيل غير المزدوج أو تحليل التحليل السطحي أحادي الاتجاه، حسب الحاجة. يشير إلى مستويات الدلالة ك ns (لا دلالة)، * = p < 0.05، ** = p < 0.005، *** = p < 0.001، **** = p < 0.0001.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم التحقق من نجاح تصنيع NPs HP-UiO-66-NH2 بواسطة PXRD (الشكل 2A)، الذي أظهر قمم الحيود المميزة عند 2θ = 7.3°، 8.4°، و25.7°، متوافقا جيدا مع البنية المحاكاة UiO-6636. وقد نسب التوسع الطفيف في ذروة النمط المحاكى إلى أبعاد الجسيمات على المستوى النانوي وتم تأكيد الحفاظ على سلامة البلورات بعد التخليق54. تم تأكيد إزالة DA بالكامل بواسطة مطيافية 1HNMR بعد الهضم القلوي، كما يتضح من غياب إشارة بروت...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يقدم هذا البروتوكول مسارا قويا وقابلا للتكرار لتخليق وتشغيل وتوصيف NPs HP-UiO-66 المصممة لتغليف الهيدروبون وتطبيقات توصيل الأكسجين. من خلال اعتماد نهج هندسي مقلوب إلى الخارج، يؤسس هذا العمل إطارا قابلا للتعميم لتصميم ممارسات MOF NPs للتطبيقات الطبية الحيوية، بما في ذلك الجزيئات الحيوية الكبيرة وتوصيل الأدوية. بينما تم الإبلاغ عن مفهوم المادة الأساسي والأداء الوظيفي سابقا، فإن البروتوكول الحالي يوسع بشكل كبير الأعمال السابقة من خلال التأكيد على وضوح التشغيل وقابلية التكرار والتوسع. تقدم خ...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

المؤلفون يعلنون عدم وجود مصلحة مالية متنافسة.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نشكر امتناننا الدعم من المجلس الأوروبي للبحوث ضمن برنامج هورايزن 2020 للبحث والابتكار (المنحة رقم 101002060).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
2-أمينو-1,4-بنزينيديكربوكسيليك أسيد  ميرك لايف ساينس A/S (Sø؛ بورغ، دي كي)381071-25G
4-(2-هيدروكسي إيثيل)بيبرازين-1-إيثان سولفونيك حمضميرك لايف ساينس A/S (Sø؛ بورغ، دي كي)H3375-100G
الأسيتون (99٪)VWR International (Sø؛ بورغ، دي كي)23J244030
اختبار بروتين حمض البيسينشونيك  ثيرمو فيشر ساينتيفيك (روسكيلدي، دي كي)23235
دم البقر  SSI Diagnostica A/S (هيلر&أوسلاش؛ د، دي كي)77667
أنبوب الطرد المركزي
جهاز الطرد المركزي شركة ثيرمو فيشر العلمية (ماساتشوستس، الولايات المتحدة)75009903سلسلة ميغافوج ST بلس 
أكسيد الديوتيريومميرك لايف ساينس A/S (Sø؛ بورغ، دي كي)151882
ديبنزوسيكلوأكتين-بولي إيثيلين جليكولبرودفارمBP-23949
حمض الدوديكانويك  ميرك لايف ساينس A/S (Sø؛ بورغ، دي كي)L556-1KG
دولبيكو' S Modified Eagle' s متوسطة وسلبية؛ ارتفاع الجلوكوز  ميرك لايف ساينس A/S (Sø؛ بورغ، دي كي)11965092
الإيثانول (100٪)VWR International (Sø؛ بورغ، دي كي)24L044013
تحليل الطيف تحت الأحمر بتحويل فورييه &nb;بروكر (بيليريكا، الولايات المتحدة)
محلل الهيموكس TSC Scientific Crp (بنسلفانيا، الولايات المتحدة الأمريكية)
بلازما السترات البشريةتيبو بيوSER-PLP25
حمض الهيدروكلوريك (37٪)ميرك لايف ساينس A/S (Sø؛ بورغ، دي كي)320331-500ML
برنامج ImageJالمعاهد الوطنية للصحة (الولايات المتحدة الأمريكية)الإصدار 1.47t
شبكة الدانتيل والكربون النحسي (300 شبكة)شركة آجار العلمية المحدودة، (ستانستيد إسيكس، المملكة المتحدة)AGS166-3H
التحريك المغناطيسيشركة IKA-Werke GmbH & السرية KG (,DE)المعرفة. رقم: 0010011496
MestReNova sofewareأبحاث مستريلاب (إسبانيا)الإصدار 12
محلل مساحة سطح ثلاثي النجوم الميكروميريتكسشركة ثيرمو فيشر العلميةASAP 2020 Plus
جهاز طرد مركزي صغيرإبندورف نوردك (Hø؛ رشولم دي كي)رقم الكتالوج   5452000010
مصل الفأرالبحث المبتكر (نوفي، ميشيغان، الولايات المتحدة)IGMSCD1SER10ML
فرن الكاتم نابرثيرم GmbH (بريمن، ديلاوير)فرن الكاتم LE 6/11
N,N′-ثنائي ميثيل فوراميد (99.9٪)VWR International (Sø؛ بورغ، دي كي)250131a008
معدات نانودروب 2000c  ثيرمو فيشر
الرنين المغناطيسي النووي  بروكر (بيليريكا، الولايات المتحدة)
O2 meter PreSens (ريغنسبورغ، ألمانيا)
برنامج Origin 2022شركة أوريجن لاب (ماساتشوستس، الولايات المتحدة الأمريكية)الإصدار 2022 
حساس الأكسجينPreSens (ريغنسبورغ، ديلاوير)أثر OXY-1 ST
محلول ملحي مخزن الفوسفات&nb;ميرك لايف ساينس A/S (Sø؛ بورغ، دي كي)P4417-50TAB
قارئ الألواحمجموعة تيكان المحدودة؛ (Mä؛ نيدورف، CH)
سداسي البوتاسيومميرك لايف ساينس A/S (Sø؛ بورغ، دي كي)60299-100G
هيدروكسيد البوتاسيومميرك لايف ساينس A/S (Sø؛ بورغ، دي كي)221473-500G
حيود الأشعة السينية المسحوق  مالفرن بانالالياليشل المحدودة، (مالفرن، المملكة المتحدة)النموذج: Malvern Panalytical Aeris Research 600W XRD لقياسات المسحوق (صدر عام 2020)
وعاء ضغط دائري قاع ميرك لايف ساينس A/S (Sø؛ بورغ، دي كي)SYNP170004-1EA
المجهر الإلكتروني الماسح  شركة FEI (هيلزبورو، الولايات المتحدة)FEI ثنائي الشعاع Helios Nanolab 600
الصوديوم كلوريد  ميرك لايف ساينس A/S (Sø؛ بورغ، دي كي)71376
الصوديوم ديثيونيت ميرك لايف ساينس A/S (Sø؛ بورغ، دي كي)71699-250G
صوديوم دوديسيل سلفات  ميرك لايف ساينس A/S (Sø؛ بورغ، دي كي)L4509-100G
Synthware & trade; وعاء ضغط دائريميرك لايف ساينس A/S (Sø؛ بورغ، دي كي)SYNP170003
نيتريت تيرت-بيوتيل  ميرك لايف ساينس A/S (Sø؛ بورغ، دي كي)20370-100 مل-ف.
رباعي الهيدروفوران (99.7٪)VWR International (Sø؛ بورغ، دي كي)201022A004
الهيمروليكرشركة غرانت إنسترومنتس (كامبريدج) المحدودة (المملكة المتحدة)PHMT-PSC18 (01012015020119)
المجهر الإلكتروني الناقل  شركة FEI (هيلزبورو، الولايات المتحدة)FEI Tecnai T20
تريميثيلسيليل أزيد  ميرك لايف ساينس A/S (Sø؛ بورغ، دي كي)155071-10G
نظام TSC هيموكس DAQTSC Scientific Crp (بنسلفانيا، الولايات المتحدة الأمريكية)برنامج محلل هيموكس 
ألترو ساوند سونيكاتور شركة برانسون للألتراسونيكس (دانبري، الولايات المتحدة)SKU: 2410240003
مقياس طياف الأشعة فوق البنفسجية (UV-Vis );شيمادزو (كيوتو، اليابان)
فرن التفريغ  شركة ثيرمو فيشر العلمية (ماساتشوستس، الولايات المتحدة)
زيتاسايزر نانو ZSمالفرن بانالالياليشل المحدودة، (مالفرن، المملكة المتحدة)رقم تسلسلي. MAL1188530
كلوريد الزركونيوم(IV)ميرك لايف ساينس A/S (Sø؛ بورغ، دي كي)357405-100G

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Sen Gupta, A., Doctor, A. Oxygen Carriers. Damage Control Resuscitation. , Springer International Publishing. Cham, Switzerland. (2020).
  2. Sen Gupta, A. Bio-inspired nanomedicine strategies for artificial blood components. WIREs Nanomedicine and Nanobiotechnology. 9 (6), e1464(2017).
  3. Ding, L., et al. Engineered Red Blood Cell Biomimetic Nanovesicle with Oxygen Self-Supply for Near-Infrared-II Fluorescence-Guided Synergetic Chemo-Photodynamic Therapy against Hypoxic Tumors. ACS Applied Materials & Interfaces. 13 (44), 52435-52449 (2021).
  4. Sang, W., et al. Oxygen-Enriched Metal-Phenolic X-Ray Nanoprocessor for Cancer Radio-Radiodynamic Therapy in Combination with Checkpoint Blockade Immunotherapy. Advanced Science. 8 (4), 2003338(2021).
  5. Kim, H., et al. Upconverting nanoparticle-containing erythrocyte-sized hemoglobin microgels that generate heat, oxygen and reactive oxygen species for suppressing hypoxic tumors. Bioactive Materials. 22, 112-126 (2023).
  6. Wang, Y., et al. Highly Penetrable and On-Demand Oxygen Release with Tumor Activity Composite Nanosystem for Photothermal/Photodynamic Synergetic Therapy. ACS Nano. 14 (12), 17046-17062 (2020).
  7. Liu, L., et al. Hemoglobin based oxygen carrier and its application in biomedicine. Coordination Chemistry Reviews. 532, 216508(2025).
  8. Mohanto, N., Mondal, H., Park, Y. -J., Jee, J. -P. Therapeutic delivery of oxygen using artificial oxygen carriers demonstrates the possibility of treating a wide range of diseases. Journal of Nanobiotechnology. 23 (1), 25(2025).
  9. Cao, M., et al. Hemoglobin-Based Oxygen Carriers: Potential Applications in Solid Organ Preservation. Frontiers in Pharmacology. 12, 760215(2021).
  10. Jansman, M. M. T., Hosta-Rigau, L. Recent and prominent examples of nano- and microarchitectures as hemoglobin-based oxygen carriers. Advances in Colloid and Interface Science. 260, 65-84 (2018).
  11. Coll-Satue, C., Bishnoi, S., Chen, J., Hosta-Rigau, L. Stepping stones to the future of haemoglobin-based blood products: clinical, preclinical and innovative examples. Biomaterials Science. 9 (4), 1135-1152 (2021).
  12. Taguchi, K., Maruyama, T., Otagiri, M. Pharmacokinetic properties of hemoglobin vesicles as a substitute for red blood cells. Drug Metabolism Reviews. 43 (3), 362-373 (2011).
  13. Rameez, S., Alosta, H., Palmer, A. F. Biocompatible and Biodegradable Polymersome Encapsulated Hemoglobin: A Potential Oxygen Carrier. Bioconjugate Chemistry. 19 (5), 1025-1032 (2008).
  14. Pacheco, M. O., et al. Silk Fibroin Particles as Carriers in the Development of Hemoglobin-Based Oxygen Carriers. Advanced NanoBiomed Research. 3 (9), 2300019(2023).
  15. Taguchi, Y., Cu, Y., Fei, J., Dai, L., Li, J. Yang Construction and Evaluation of Hemoglobin-BasedCapsules as Blood Substitutes. Advanced Functional Materials. 22, 1446-1453 (2012).
  16. Coll-Satue, C., Jansman, M. M. T., Thulstrup, P. W., Hosta-Rigau, L. Optimization of Hemoglobin Encapsulation within PLGA Nanoparticles and Their Investigation as Potential Oxygen Carriers. Pharmaceutics. 13 (11), 1958(2021).
  17. Jansman, M. M. T., et al. Hemoglobin-based oxygen carriers camouflaged with membranes extracted from red blood cells: Optimization and assessment of functionality. Biomaterials Advances. 134, 112691(2022).
  18. Liu, X., Jansman, M. M. T., Hosta-Rigau, L. Haemoglobin-loaded metal organic framework-based nanoparticles camouflaged with a red blood cell membrane as potential oxygen delivery systems. Biomaterials Science. 8 (21), 5859-5873 (2020).
  19. Grzegorzewski, W., et al. Hemoglobin-Based Oxygen Carriers: Selected Advances and Challenges in the Design of Safe Oxygen Therapeutics (A Focused Review). International Journal of Molecular Sciences. 26 (19), 9775(2025).
  20. Zhu, K., et al. Nanomaterial-related hemoglobin-based oxygen carriers, with emphasis on liposome and nano-capsules, for biomedical applications: current status and future perspectives. Journal of Nanobiotechnology. 22 (1), 336(2024).
  21. Lawson, H. D., Walton, S. P., Chan, C. Metal-Organic Frameworks for Drug Delivery: A Design Perspective. ACS Applied Materials & Interfaces. 13 (6), 7004-7020 (2021).
  22. Lian, X., Chen, Y. -P., Liu, T. -F., Zhou, H. -C. Coupling two enzymes into a tandem nanoreactor utilizing a hierarchically structured MOF. Chemical Science. 7 (12), 6969-6973 (2016).
  23. Jin, W., et al. Surface engineering of metal-organic framework nanoparticles-based miRNA carrier: Boosting RNA stability, intracellular delivery and synergistic therapy. Journal of Colloid and Interface Science. 677, 429-440 (2025).
  24. Wang, Q., et al. Hemoglobin coated oxygen storage metal-organic framework as a promising artificial oxygen carrier. Journal of Materials Chemistry B. 9 (19), 4002-4005 (2021).
  25. Jin, W., et al. Small RNA stabilization via non-covalent binding with a metalloporphyrin nanocage to accomplish synergistic gene and photodynamic therapy. Cell Reports Physical Science. 3 (12), 101187(2022).
  26. Douka, D., et al. Hemoglobin-loaded ZIF-8 nanoparticles functionalized with human serum albumin as stealth, stable, and biocompatible oxygen carriers. Nanoscale Advances. 7 (24), 8058-8073 (2025).
  27. Liang, K., et al. Biomimetic mineralization of metal-organic frameworks as protective coatings for biomacromolecules. Nature Communications. 6 (1), 7240(2015).
  28. Douka, D., Jin, W., Cantallops-Iglesias, C., Dieste-Izquierdo, A., Thulstrup, P. W., Hosta-Rigau, L. Optimization and Investigation of Hemoglobin-Loaded ZIF-90 Metal-Organic Framework Nanoparticles as Artificial Oxygen Carriers. Particle & Particle Systems Characterization. 42 (3), 2400189(2025).
  29. Noori, R., Maarof, N. N. N., Alshatteri, A. H. High-efficiency encapsulation and pH-triggered release of docetaxel from folic acid-functionalized ZIF-90 nanocarriers. RSC Advances. 15 (53), 45347-45358 (2025).
  30. Poryvaev, A. S., et al. Guest Leakage from ZIF-8 Particles under Drug Delivery Conditions: Quantitative Characterization and Guest-Induced Framework Stabilization. The Journal of Physical Chemistry C. 125 (28), 15606-15613 (2021).
  31. Valenzano, L., et al. Disclosing the Complex Structure of UiO-66 Metal Organic Framework: A Synergic Combination of Experiment and Theory. Chemistry of Materials. 23 (7), 1700-1718 (2011).
  32. Jarai, B. M., Stillman, Z., Attia, L., Decker, G. E., Bloch, E. D., Fromen, C. A. Evaluating UiO-66 Metal-Organic Framework Nanoparticles as Acid-Sensitive Carriers for Pulmonary Drug Delivery Applications. ACS Applied Materials & Interfaces. 12 (35), 38989-39004 (2020).
  33. Hou, T., Huang, Y., Wang, X., Hu, X., Guan, P. Preparation of lysozyme-imprinted mesoporous Zr-based metal-organic frameworks with remarkable specific recognition. Talanta. 265, 124896(2023).
  34. Parvizifard, G., Alipour, E., Soltani, S., Hosseini, M. G. Development of a novel voltammetric aptasensor for highly sensitive detection of cardiac troponin I, utilizing ciprofloxacin-loaded UIO-66 metal-organic frameworks. Talanta. 296, 128471(2026).
  35. Jin, W., et al. Biorthogonal PEGylation of Hierarchical Porous Metal-Organic Frameworks as Robust, Functional Nanocarriers for Hemoglobin-Based Oxygen Delivery. Journal of the American Chemical Society. 147 (47), 43400-43414 (2025).
  36. Cai, G., Jiang, H. -L. A Modulator-Induced Defect-Formation Strategy to Hierarchically Porous Metal-Organic Frameworks with High Stability. Angewandte Chemie International Edition. 56 (2), 563-567 (2017).
  37. Wen, S., Fu, Q., Yan, L., Zhao, X. Hierarchically porous three-dimensional-ordered macro-microporous metal-organic frameworks: Design, precise synthesis, and applications. Coordination Chemistry Reviews. 517, 215996(2024).
  38. Bunzen, H. Chemical Stability of Metal-Organic Frameworks for Applications in Drug Delivery. ChemNanoMat. 7 (9), 998-1007 (2021).
  39. Bůžek, D., Adamec, S., Lang, K., Demel, J. Metal-organic frameworks vs. buffers: case study of UiO-66 stability. Inorganic Chemistry Frontiers. 8 (3), 720-734 (2021).
  40. Chen, X., Argandona, S. M., Melle, F., Rampal, N., Fairen-Jimenez, D. Advances in surface functionalization of next-generation metal-organic frameworks for biomedical applications: Design, strategies, and prospects. Chem. 10 (2), 504-543 (2024).
  41. Sanità, G., Carrese, B., Lamberti, A. Nanoparticle Surface Functionalization: How to Improve Biocompatibility and Cellular Internalization. Frontiers in Molecular Biosciences. 7, 587012(2020).
  42. Chen, X., et al. Formulation of Metal-Organic Framework-Based Drug Carriers by Controlled Coordination of Methoxy PEG Phosphate: Boosting Colloidal Stability and Redispersibility. Journal of the American Chemical Society. 143 (34), 13557-13572 (2021).
  43. Wang, S., McGuirk, C. M., d'Aquino, A., Mason, J. A., Mirkin, C. A. Metal-Organic Framework Nanoparticles. Advanced Materials. 30 (37), 1800202(2018).
  44. Abánades Lázaro, I., Haddad, S., Sacca, S., Orellana-Tavra, C., Fairen-Jimenez, D., Forgan, R. S. Selective Surface PEGylation of UiO-66 Nanoparticles for Enhanced Stability, Cell Uptake, and pH-Responsive Drug Delivery. Chem. 2 (4), 561-578 (2017).
  45. Verhoef, J. J. F., Anchordoquy, T. J. Questioning the use of PEGylation for drug delivery. Drug Delivery and Translational Research. 3 (6), 499-503 (2013).
  46. Sheffey, V. V., Siew, E. B., Tanner, E. E. L., Eniola-Adefeso, O. PLGA's Plight and the Role of Stealth Surface Modification Strategies in Its Use for Intravenous Particulate Drug Delivery. Advanced Healthcare Materials. 11 (8), 2101536(2022).
  47. Suk, J. S., Xu, Q., Kim, N., Hanes, J., Ensign, L. M. PEGylation as a strategy for improving nanoparticle-based drug and gene delivery. Advanced Drug Delivery Reviews. 99, 28-51 (2016).
  48. Siegel, N., et al. Universal Click-Chemistry Approach for the DNA Functionalization of Nanoparticles. Journal of the American Chemical Society. 146 (25), 17250-17260 (2024).
  49. Chen, J., Liu, X., Jansman, M. M. T., Thulstrup, P. W., Hosta-Rigau, L. Metal-Phenolic Networks as Broad-Spectrum Antioxidant Coatings for Hemoglobin Nanoparticles Working as Oxygen Carriers. Chemistry of Materials. 34 (20), 9200-9211 (2022).
  50. Evans, T. G., Salinger, J. L., Bingel, L. W., Walton, K. S. Determining Surface Areas and Pore Volumes of Metal-Organic Frameworks. Journal of Visualized Experiments. (205), e65716(2024).
  51. Coll-Satue, C., Jansman, M. M. T., Hosta-Rigau, L. Comparative Evaluation of UV-Vis Spectroscopy-Based Approaches for Hemoglobin Quantification: Method Selection and Practical Insights. Biomolecules. 14 (9), 1046(2024).
  52. Osterrieth, J. W. M., et al. How Reproducible are Surface Areas Calculated from the BET Equation. Advanced Materials. 34 (27), 2201502(2022).
  53. Drenchev, N. L., et al. In situ FTIR Spectroscopy as a Tool for Investigation of Gas/Solid Interaction: Water-Enhanced CO2 Adsorption in UiO-66 Metal-Organic Framework. Journal of Visualized Experiments. (156), e60285(2020).
  54. Li, F., Zheng, K., Zhang, H., Duan, C., Xi, H. Nanoscale Hierarchically Porous Metal-Organic Frameworks: Facile Synthesis, Mechanism Research, and Application. ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 7 (13), 11080-11087 (2019).
  55. Liu, G., Luo, Q., Wang, H., Zhuang, W., Wang, Y. In situ synthesis of multidentate PEGylated chitosan modified gold nanoparticles with good stability and biocompatibility. RSC Advances. 5 (86), 70109-70116 (2015).
  56. Ben-Haim, A. E., et al. DNA Delivery to Intact Plant Cells by Casein Nanoparticles with Confirmed Gene Expression. Advanced Functional Materials. 34 (16), 2314756(2024).
  57. Gourianov, N., Kluger, R. Conjoined Hemoglobins. Loss of Cooperativity and Protein−Protein Interactions. Biochemistry. 44 (45), 14989-14999 (2005).
  58. Doustkhah, E., Hassandoost, R., Khataee, A., Luque, R., Assadi, M. H. N. Hard-templated metal-organic frameworks for advanced applications. Chemical Society Reviews. 50 (5), 2927-2953 (2021).
  59. Li, C., et al. Metal Organic Framework Cubosomes. 62 (11), Angewandte Chemie International Edition. e202215985(2023).
  60. Peng, S., et al. Metal-Organic Framework Encapsulating Hemoglobin as a High-Stable and Long-Circulating Oxygen Carriers to Treat Hemorrhagic Shock. ACS Applied Materials & Interfaces. 11 (39), 35604-35612 (2019).
  61. Gu, X., Palmer, A. F. ZIF-8 Metal-Organic Framework Nanoparticles Loaded with Hemoglobin as a Potential Red Blood Cell Substitute. ACS Applied Nano Materials. 5 (4), 5670-5679 (2022).
  62. Pullen, S., Clever, G. H. Mixed-Ligand Metal-Organic Frameworks and Heteroleptic Coordination Cages as Multifunctional Scaffolds-A Comparison. Accounts of Chemical Research. 51 (12), 3052-3064 (2018).
  63. Pastore, V. J., Cook, T. R., Rzayev, J. Polymer-MOF Hybrid Composites with High Porosity and Stability through Surface-Selective Ligand Exchange. Chemistry of Materials. 30 (23), 8639-8649 (2018).
  64. Obeso, J. L., Huxley, M. T., De Los Reyes, J. A., Humphrey, S. M., Ibarra, I. A., Peralta, R. A. Low-Valent Metals in Metal-Organic Frameworks Via Post-Synthetic Modification. Angewandte Chemie International Edition. 62 (49), e202309025(2023).
  65. Zhang, X., Malhotra, S., Molina, M., Haag, R. Micro- nanogels with labile crosslinks - from synthesis to biomedical applications. Chemical Society Reviews. 44 (7), 1948-1973 (2015).
  66. Biscarat, J., Charmette, C., Masquelez, N., Sanchez, J., Pochat-Bohatier, C. Crosslinking of gelatin membranes with ferulic acid or glutaraldehyde: Relationship between gas permeability and renaturation level of gelatin triple helices. Journal of Polymer Science Part B: Polymer Physics. 53 (4), 280-287 (2015).
  67. Kurian, P., et al. Synthesis, permeability and biocompatibility of tricomponent membranes containing polyethylene glycol, polydimethylsiloxane and polypentamethylcyclopentasiloxane domains. Biomaterials. 24 (20), 3493-3503 (2003).
  68. Liu, X., Jansman, M. M. T., Li, W., Kempen, P., Thulstrup, P. W., Hosta-Rigau, L. Metal-organic framework-based oxygen carriers with antioxidant protection as a result of a polydopamine coating. Biomaterials Science. 9 (21), 7257-7274 (2021).
  69. Srinivasu, B. Y., Bose, B., Mitra, G., Kurpad, A. V., Mandal, A. K. Adsorption Induced Changes of Human Hemoglobin on Ferric Pyrophosphate Nanoparticle Surface Probed by Isotope Exchange Mass Spectrometry: An Implication on Structure-Function Correlation. Langmuir. 33 (32), 8032-8042 (2017).
  70. Chen, K., et al. Low Modulus Biomimetic Microgel Particles with High Loading of Hemoglobin. Biomacromolecules. 13 (9), 2748-2759 (2012).
  71. Dyachenko, A., Gruber, R., Shimon, L., Horovitz, A., Sharon, M. Allosteric mechanisms can be distinguished using structural mass spectrometry. Proceedings of the National Academy of Sciences. 110 (18), 7235-7239 (2013).
  72. Coll-Satue, C., et al. A novel PEG-mediated approach to entrap hemoglobin (Hb) within ZIF-8 nanoparticles: Balancing crystalline structure, Hb content and functionality. Biomaterials Advances. 163, 213953(2024).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

مقالات ذات صلة