组合合成和高通量的蛋白质释放的聚合物薄膜和纳米粒子库
2012年9月6日
该方法描述了组合化学合成的可生物降解的聚酸酐薄膜和纳米粒子库，，蛋白释放这些库和高通量检测。
本视频介绍了可生物降解的聚酐薄膜和纳米颗粒库的组合合成，以及从这些文库中释放的蛋白质的高通量检测。首先，一种高通量自动沉积装置，用于将成分多样的单体沉积到玻璃比色皿中。在 180 摄氏度和 0.3 tor 下进行多缩合反应 1.5 小时。
这些反应条件是 C-P-H-S-A 聚酐聚合物合成所特有的。使用自动沉积装置，将溶剂和任何用于封装的组分沉积到包含聚合物库的比色皿中。可以进行超声处理以确保聚合物完全溶解和额外组分的均匀分散。
然后将溶解的聚合物转移到一管非溶剂中，通过纳米沉淀制备纳米粒子库。通过真空干燥或过滤回收纳米颗粒，然后转移到改性的 96 孔释放板中。最后，在生理条件下孵育载蛋白文库，并使用荧光空间检测方法评估蛋白释放动力学。
最终，可以获得显示蛋白质释放动力学与聚合物特性或释放环境条件的函数的结果。与其他传统的一次一个样本技术相比，这种方法的主要优点是我们能够同时合成多个样本。然后可以高通量筛选这些样品，以确定蛋白质聚合物、细胞聚合物或宿主聚合物的相互作用。
然后，这加快了这些用于药物递送和组织工程的生物材料的合理设计和开发。演示该程序的是 La Tricia Peterson，她是我实验室的术后医生。在视频的这一部分，使用 Hyatt 通量沉积装置在聚合物合成后沉积成分可变的单体库。
该装置用于制造空白或蛋白质负载的聚合物薄膜或纳米颗粒的组合文库。自动化平台由两个可编程注射泵和三个线性致动器组成，它们串联连接到计算机上的计算机。LabVIEW 软件 用于 将 命令 定向 到 注射泵 和 促 动 器。
将 10 cc 气密注射器装入注射泵中，金属毛细管通过诱饵锁配件连接，将聚合物溶液分配到玻璃比色皿中。在该演示中，地震酸或 SA 将与一个 6 Biss 对氧乙烷或 CPH 一起使用，以构建封装德克萨斯红牛血清白蛋白的纳米颗粒库。本视频中的说明和随附文档可用于制造和测试各种聚合物薄膜和纳米颗粒库。
为了合成文库，首先将最终浓度为 25 毫克/毫升的每种单体和氯仿溶解在玻璃瓶中。接下来，通过注射器的诱饵锁端吸出溶液，将每种溶液装入 10 cc 气密注射器中。去除所有气泡。
接下来，将耐溶剂诱饵锁不锈钢毛细管连接到注射器的末端。将毛细管固定在夹子中，固定在环形支架上。然后将两个毛细管的末端放入起始管中。
用于单体沉积。将注射器放在可编程注射泵上，并在实验室视图软件中将其锁定到位。将线性执行器设置到软件中的起始位置。
开始将 SA 和 CPH 单体自动沉积到玻璃比色皿中，沿 x、y 和 z 轴。致动器将毛细管正确定位到每个 Q 中，将每个单体的编程体积泵入其中，从而创建一个组成变体的单体库。单体沉积后。
将单体库转移到预热的真空烘箱中，在 180 摄氏度和 0.3 周转下孵育 1.5 小时，以实现缩合聚合。孵育后，聚合物库的构建完成。接下来生成载有蛋白质的聚合物纳米颗粒。
请参阅随附的蛋白质负载聚合物薄膜库制造方案，以制造蛋白质负载的纳米颗粒库。将蛋白质（在本例中为德克萨斯红牛血清白蛋白）添加到适当的溶剂中，该溶剂应能溶解聚合物文库。在这里，二氯甲烷的浓度为每毫升 2 毫克。
用含有溶剂的 Texas Red BSA 填充 10 cc 注射器，并将其放入第一个注射泵中。然后将一个干净的空 2 cc 注射器放入第二个注射泵中，放置含有 15 毫升非溶剂的试管（在本例中），将戊烷放入样品瓶平台旁边的试管支架中。接下来，在实验室中，查看软件通过选择程序启动自动溶剂沉积过程。
程序启动后，将溶剂沉积到包含聚合物库的比色皿中，得到 20 毫克/毫升的聚合物浓度。当所有溶剂都沉积完毕后，让它溶解聚合物 1 到 5 分钟。随后使用可选的联合，以确保聚合物完全溶解和均匀的蛋白质分散。
接下来，在实验室视图中启动样品转移程序。然后将文库中每个溶解的聚合物样品抽出到空注射器中，并分配到样品架中相应的非溶剂管中。转移每个样品后，通过将纳米颗粒库置于 10 毫米汞真空的真空室中，或使用真空过滤直到去除溶剂来回收加载蛋白质的纳米颗粒。
为了研究封装 BSA 的释放，请从深 96 焊接聚丙烯板开始，该板已通过去除板中每个相邻柱的每个孔壁的上半英寸进行了修改。去除 A 和 B、C 和 DENF 以及 GNH 之间的每个孔的顶部，当填充至全体积转移时，可以在每对相邻孔之间流动。德克萨斯州红 BSA 标准品的含量范围为 1000 至 10 μg/mL，放入 96 孔深板中。
这些将用于计算蛋白质数量，还将考虑荧光染料淬灭，在 PBS 缓冲液中重构所需质量的纳米颗粒，然后超声处理以均匀分散颗粒。接下来，将纳米颗粒库转移到深 96 孔板中，并等待样品沉淀到孔板底部。接下来，使用移液器缓慢地用 PBS 缓冲液填充所有相邻的孔，直至距孔顶部四分之一英寸。
相邻的孔中应有足够的缓冲液，以便它在孔之间自由流动。接下来，用盖子密封释放板，并在搅拌下将其置于 37 摄氏度。在实验期间的增量时间点，使用 9， 400 Typhoon 平板荧光扫描仪，使用适当的激发、激光和发射滤光片扫描板。
扫描后，使用图像定量软件量化每次释放的荧光染料偶联蛋白的量。如本视频所述，Texas Red BSA 被封装在由 SA 和 CPH 单体合成的聚合物纳米颗粒库中，以确定蛋白质释放动力学与聚合物化学的关系。将载有蛋白质的纳米颗粒在 37 摄氏度下孵育一个月，在此期间在增量时间点获得荧光扫描以进行蛋白质释放定量。
如图所示，这种水通量方法用于确定来自 A-C-P-H-S-A 聚酸酐纳米颗粒库中的德克萨斯红 BSA 释放动力学。随着 Sarich 薄膜化学释放速率的增加，观察到化学依赖性趋势。使用标准蛋白质定量分析时，也获得了类似的结果。
在另一项实验中，评估了来自 CPT CPH 聚酐薄膜库的德克萨斯红 BSA 释放，如此处所示观察到接近零级释放动力学，其中富含 cpeg 的薄膜释放蛋白质的速度最快，在医疗领域具有作为可生物降解药物输送装置的潜在应用。这些结果表明，可以通过改变聚合物化学来控制治疗药物或疫苗抗原的所需释放曲线。在此程序之后，已经开发了其他组合方法来研究蛋白质稳定性、细胞毒性、细胞活化和 InVivo 生物分布等领域。
这些方面对于药物递送和组织工程生物材料的合理设计非常重要。不要忘记在整个方案中穿戴适当的 PPE 并练习安全的实验室程序。
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概述
本方法描述了生物降解聚酰胺薄膜和纳米粒子库的组合合成，以及从这些库中蛋白质释放的高通量检测。
关键研究组成部分
科学领域
- 生物降解材料
- 纳米粒子合成
- 高通量筛选
背景
- 聚酰胺是一类生物降解聚合物。
- 它们可用于药物递送和组织工程应用。
- 高通量方法允许快速测试各种配方。
- 了解蛋白质释放机制对优化这些材料至关重要。
研究目的
- 开发多样化聚酰胺库合成方法。
- 实现合成库中蛋白质释放曲线的高通量检测。
- 评估这些材料在生物医学领域的潜在应用。
使用的方法
- 用于单体阵列创建的自动沉积装置。
- 在180摄氏度和0.3托尔压力下进行1.5小时的缩聚反应。
- 超声处理，用于聚合物库中组分的均匀分散。
- 用于蛋白质释放测量的高通量检测技术。
主要结果
- 成功合成了多样化的聚酰胺薄膜和纳米粒子。
- 有效检测到合成库中的蛋白质释放。
- 证明了高通量方法在聚合物研究中的可行性。
- 提供了生物降解材料中蛋白质释放动力学的见解。
结论
- 该方法允许快速合成和筛选生物降解材料。
- 高通量技术可以显著增强材料开发过程。
- 未来应用可能包括靶向药物递送系统。
常见问题
Executive Industry Relevance
Combinatorial synthesis and high-throughput screening of polyanhydride film and nanoparticle libraries enable rapid optimization of biomaterial properties for drug and vaccine delivery. This approach accelerates the identification of polymer formulations with tailored protein release kinetics, supporting predictive confidence at the material selection stage. The platform's scalability and automation directly impact early discovery and preclinical pipeline efficiency for biopharma portfolios.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Enables systematic interrogation of polymer-protein interactions across diverse chemistries.
- Supports mechanistic de-risking by correlating polymer composition with release profiles.
- Facilitates rapid triage of candidate materials for downstream development.
Screening & Assay Development
- Prepares validated libraries for high-throughput screening of protein release kinetics.
- Standardizes assay conditions using automated deposition and detection workflows.
- Delivers quantitative, reproducible outputs for comparative evaluation of formulations.
- Enables scalable screening of both film and nanoparticle formats.
Translational & Preclinical Research
- Aligns in vitro release data with in vivo biodistribution and mucoadhesion studies.
- Supports continuity from material discovery to preclinical validation of delivery systems.
- Provides data for risk-adjusted advancement of biomaterial candidates.
Pipeline & Workflow Integration
This combinatorial platform integrates from early discovery through lead identification and preclinical evaluation, enabling seamless transition between material synthesis, screening, and translational assessment.
- Discovery Biology: Accelerates hypothesis testing on polymer-protein compatibility and release mechanisms.
- Screening: Delivers high-throughput, quantitative release kinetics for robust material comparison.
- Analytics: Provides fluorescence-based measurements and statistical outputs for decision-making.
- Translational Research: Links in vitro release and stability data to in vivo performance metrics.
- Enterprise Reuse: Offers a modular, automated workflow adaptable to diverse biomaterial libraries.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in material selection and reduces mechanistic ambiguity.
- Operational Value: Enhances standardization, reproducibility, and throughput via automation.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions and capital allocation by enabling rapid, data-driven triage.
- Portfolio Impact: Supports risk-adjusted prioritization and advancement of delivery system candidates.
Implementation Considerations
- Requires expertise in polymer chemistry, automated liquid handling, and fluorescence analytics.
- Depends on access to programmable syringe pumps, linear actuators, and fluorescence scanners.
- Demands cross-team standardization of assay protocols and data analysis workflows.
- Adaptable to various monomer chemistries and protein cargos with protocol modifications.
- Batch size and throughput are limited by instrument capacity and plate format.
