使用渗透压力调节聚酯聚合物的形状
2021年4月21日
聚合物体是自组装的聚合囊泡，形成球形，以尽量减少吉布的自由能量。在药物输送方面，更拉长的结构是有益的。本协议建立了方法，以创建更多的棒状聚合物体，与拉长的纵横比，使用盐诱导渗透压力和减少内部囊泡体积。
纳米粒子形状影响细胞吸收，但改变聚合物体形状的工作有限。此协议演示了如何拉长聚合物以增强药物输送应用。该技术提供了一个简单的方法，可以创建许多不同的聚合物形状，在药物输送，伪细胞，或其他未开发的领域的潜在应用。
拉长聚合物可以同时提供疏水和亲水药物，更容易地输送到细胞中。这项技术可以帮助将药物穿梭于血脑屏障，应对重大的医学挑战。首先，通过15分钟的涡流将0.015克选定的聚酯溶解在一毫升的DMSO中，并设置溶剂注射装置。
将启动板直接放在垂直注射器泵下方，然后将一个五毫升玻璃胆汁与一毫升二型电离水放在搅拌盘上的微型星条中。调整注射器泵的高度，使针尖完全浸入二型去离子水中，并将注射器泵的输液率设置为每分钟五微升。将有机溶剂和聚酯溶液绘制成 27 量表针，执行溶剂注射。
将针头放入注射器泵中，确保其安全。调整推手块以触摸注射器柱塞的末端。启动搅拌盘，使水以每分钟 100 转的速度旋转，然后启动注射器泵。
一旦注射器泵将有机溶剂和聚合物完全注入水中，取出搅拌棒并盖住玻璃杯。要通过动态光散射或 DLS 对聚合物体进行定性，请将一毫升含有少量有机溶剂和聚合物的水添加到一毫升的 cuvette 中。通过将 cuvette 放入系统并设置运行来执行 DLS。
阅读聚合物强度加权直径和多分散性指数或 PDI。根据制造商提供的协议清洗 300 千达尔顿透析膜后，在透析装置的储液库中加入一毫升聚合物溶液。将透析装置放在 250 毫升烧甲器中，将 150 毫升的二型电离水放在搅拌盘上。
将搅拌板设置为允许透析装置的轻柔运动的速度，并让它在一夜之间搅拌。透析完成后，从透析装置中提取一毫升聚合物溶液。根据最终所需的聚合物特性，使用 50、100 或 200 毫摩尔浓度的氯化钠创建 150 毫升所需的盐缓冲器，并将透析装置的负载保持在 150 毫升盐溶液中 18 小时进行搅拌。
调整形状后，执行 DLS 测量。与精神聚合物相比，特别注意 PDI 测量，因为 PDI 的变化表明聚合物体的形状发生了有效的变化。使用适当的控制进行成像，特别是非形状调制聚合物，以确保该方法的成功。
TEM 对 PEG-PLA 基聚合物的观察表明，整体球形结构具有较厚的外线，表明膜。聚合物体作为物理结构存在，SEM 具有像 PEG 外部层一样的刷子。在水中透析一小时，总平均直径相同，溶剂去除会降低聚合物直径。
当使用更大的有机溶剂初始浓度时，预计直径会减少。在制造PEG-PLA聚合物的同时，PDI有望略有变化，这可能表明形状有所变化。当透析PEG-PLGA聚合物时，PDI的增加与所有探索的盐梯度相一致，导致PDI增加。
使用 50 毫摩尔盐梯度导致形状变化时，无论聚酯疏水性如何，都应观察到类似的结果。同时，100和200毫摩尔氯化钠盐梯度呈现出随着聚酯水恐惧性增加而增加的三角洲PDI的直接趋势。PEG-PLA聚合物的TEM图像用5000万低氯化钠解析，显示用雾化细胞和拉长棒。
随着盐浓度增加到100毫摩尔，观察到的棒形成数量增加，番茄细胞数量减少。对200毫摩尔聚合物体进行透析，形成更一致的前列腺，具有适度的纵横比。此协议中最具挑战性的部分是始终如一地制造聚合物体。
因此，重要的是要实践这个程序。
查看完整文字稿并访问数千部科学视频
概述
本文介绍了一种用于创建长型聚合物体的协议，这种自组装的聚合物囊泡对药物输送有益。通过使用盐诱导渗透压，内部囊泡体积被减小，从而形成棒状结构。
关键研究组成部分
科学领域
- 生物材料
- 药物输送系统
- 纳米技术
背景
- 聚合物体通常是球形以最小化吉布斯自由能。
- 长型聚合物体可以增强细胞对药物的摄取。
- 有限的研究集中在改变聚合物体的形状。
- 本研究旨在解决各种应用对不同聚合物体形状的需求。
研究目的
- 展示一种延长聚合物体的方法。
- 提高聚合物体的药物输送能力。
- 探索在药物输送和伪细胞中的潜在应用。
使用的方法
- 在一毫升DMSO中溶解0.015克所选择的聚酯。
- 涡旋该溶液15分钟。
- 设置溶剂注射装置。
- 利用渗透压创建长型聚合物体。
主要结果
- 成功创建了具有增强纵横比的长型聚合物体。
- 展示了同时输送疏水性和亲水性药物的能力。
- 显示了跨越血脑屏障输送药物的潜力。
- 提供了一种简单的方法来生成各种聚合物体形状。
结论
- 该技术为改进药物输送系统提供了一种有前景的方法。
- 长型聚合物体可能解决重要的医学挑战。
- 进一步探索聚合物体形状可能会带来新的应用。
常见问题
Executive Industry Relevance
Polymersome shape directly impacts cellular uptake and drug delivery efficiency, with spherical geometries limiting therapeutic potential in vascular targeting. This salt-based osmotic modulation method enables controlled elongation of PEG-based polymersomes, improving margination in larger blood vessels and enhancing endothelial targeting. The approach supports dual-loading of hydrophobic and hydrophilic payloads while maintaining long-circulating properties, addressing key barriers in nanomedicine development.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of shape-dependent biological interactions and membrane trafficking pathways.
- Operational Value: Provides a tunable system for evaluating how aspect ratio influences target engagement and cellular internalization.
- Predictive Value: Supports mechanistic de-risking by correlating polymer hydrophobicity with shape transformation under defined osmotic conditions.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates monodisperse, shape-defined nanoparticle populations for consistent compound screening.
- Operational Value: Uses DLS and PDI as quantitative, scalable readouts for monitoring shape modulation efficacy across salt gradients.
- Assay Readiness: Produces elongated polymersomes suitable for high-throughput evaluation of drug release kinetics and biodistribution profiles.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Aligns with disease-relevant systems where nanoparticle margination in veins enhances endothelial targeting.
- Operational Value: Enables preclinical evaluation of elongated polymersomes in models of vascular delivery and blood-brain barrier penetration.
- Risk Mitigation: Reduces late-stage failure risk by validating shape-function relationships early in discovery.
Pipeline & Workflow Integration
This method fits within the discovery-to-preclinical continuum by enabling shape optimization after initial polymersome formulation, supporting lead identification through functional screening, and informing preclinical advancement via predictive biophysical profiling.
- Discovery Biology: Facilitates hypothesis testing on how nanoparticle geometry affects biodistribution and target cell engagement.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative outputs (DLS intensity, PDI shifts) for comparing polymer-solvent-salt conditions.
- Analytics: Provides PDI as a sensitive, early indicator of shape change, enabling go/no-go decisions before imaging confirmation.
- Translational Research: Supports continuity from discovery to preclinical by linking salt-mediated elongation to improved vascular margination and drug delivery potential.
- Enterprise Reuse: Establishes a modular, salt-driven platform applicable across polyester-based block copolymers for sustained shape-control capability.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in nanoparticle behavior by de-risking shape-dependent biological interactions.
- Operational Value: Uses simple, scalable dialysis-based protocol with minimal instrumentation (stir plate, syringe pump, DLS).
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making by linking polymer hydrophobicity to shape outcomes under controlled osmotic stress.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of polymer candidates based on shape tunability and delivery potential.
Implementation Considerations
- Requires expertise in polymer synthesis, solvent handling, and dialysis techniques.
- Needs access to syringe pumps, dialysis membranes, DLS, and imaging tools (TEM/SEM) for validation.
- Demands standardization of salt concentration, dialysis time, and polymer concentration across batches.
- Must account for variability in polyester hydrophobicity when selecting salt gradients (50–200 mM NaCl).
- Limited by challenges in achieving consistent polymersome formation, necessitating protocol optimization and user training.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Introduction
0:45
Spherical Polymersome Formation Using a Solvent Injection Method
2:24
Dialysis to Remove Organic Solvent
3:05
Dialysis Against Salt Gradients and Shape Modulated Polymersome Characterization
3:50
Results: Modulating Shape of Polyester Based Polymersomes using Osmotic Pressure
5:36
Conclusion
