Article de méthode

Assemblage et caractérisation des Micelles complexes polyélectrolytes

DOI :

10.3791/60894

⸱

2 mars 2020

 ,  , 
1Pritzker School of Molecular Engineering, The University of Chicago

Dans cet article

Résumé

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Nous fournissons des protocoles et des données représentatives pour la conception, l’assemblage et la caractérisation des micelles complexes polyélectrolytes, des nanoparticules à coquille centrale formées par des polyélectrolytes et des copolymères de blocs chargés hydrophiles.

Résumé

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Les micelles complexes polyélectrolytes (PCM), nanoparticules à coquille centrale formées par auto-assemblage de polymères chargés en solution aqueuse, fournissent une plate-forme puissante pour explorer la physique des interactions polyélectrolytes et offrent également une solution prometteuse le problème pressant de la livraison des oligonucléotides thérapeutiques in vivo. Le développement de relations structure prédictives-propriété pour les PCM s’est avéré difficile, en partie en raison de la présence de pièges cinétiques forts pendant l’auto-assemblage des nanoparticules. Cet article traite des critères pour choisir des polymères pour la construction de PCM et fournit des protocoles basés sur l’annealing de sel qui permettent l’assemblage des nanoparticules reproductibles et à faible polydispersity. Nous discutons également de la caractérisation de PCM utilisant la diffusion de lumière, la diffusion de rayon X de petit angle, et la microscopie électronique.

Introduction

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Lorsque les polyélectrolytes chargés en face sont mélangés dans une solution aqueuse, le gain d’entropie de la libération de leurs contreions provoque le démêlage de la solution dans une phase condensée riche en polymères et un supernatant appauvri en polymère1,2,3,4,5, un phénomène connu sous le nom de complexe polyélectrolyte. Si un bloc hydrophile neutre est conjugué à l’un ou les deux polyélectrolytes, la séparation de phase à l’échelle nanométrique se produit plutôt (figure 1

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Protocole

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1. Préparation des matériaux

  1. Peser le polymère diblock lyophilisé et ajouter de l’eau jusqu’à près du volume requis pour une solution de stock de 10 mg/mL de concentration finale. Vortex à vitesse maximale pendant 2 min.
  2. Sonicate pendant 5 min. Les diblocks très longs peuvent nécessiter une sonication supplémentaire. La solution de stock doit apparaître complètement transparente et homogène.
  3. Ajuster le pH à 7,4 en utilisant NaOH ou HCl au besoin. Ajouter de l’eau au volume final. les solutions pLys-PEG sont assez stables mais doivent être réfrigérées pour un stockage à plus long terme et le pH doit être vérifié avant utilisation. La lyoph....

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Résultats

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Afin d’illustrer les méthodes de caractérisation décrites ci-dessus, nous montrons des résultats typiques pour les PCM assemblés à partir d’oligonucléotides et de copolymères de bloc de différentes longueurs et chimies (Figure 1). La figure 2 fournit un exemple de la façon dont la taille du noyau PCM (déterminée à partir de SAXS et TEM, Figure 4 et Figure 5) variait en fonction de la longueur du bloc ch.......

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Discussion

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Comme mentionné ci-dessus, les protocoles présentés ici sont écrits avec un accent sur les oligonucléotides comme le composant de polyanion et pLys-PEG comme copolymère de bloc cationic-neutre, mais nous les avons testés avec une variété de polymères, tels que poly (acide acrylique), polyglutamate, et PEG-poly (vinylbenzyl trimethylammonium), et croyons qu’ils seront généralement applicables pour la plupart des couples polyélectrolyte. Un paramètre qui peut avoir besoin d’être optimisé est la concentration de sel utilisé.......

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Déclarations de divulgation

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Les auteurs n’ont rien à révéler.

Remerciements

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Nous remercions Phil Griffin et Tera Lavoie de l’installation de caractérisation de la matière molle et de l’installation avancée de microscopie électronique, respectivement, à l’Université de Chicago. Nous remercions également Xiaobing Zuo et Soenke Seifert de l’Advanced Photon Source du Laboratoire national d’Argonne et du NIST Center for HiHiMaD pour leur soutien. Nous remercions Jeff Ting et Michael Lueckheide pour leur contribution à ce travail.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Papier filtre cercle 70 mmWhatman1001-070Papier filtre pour l’évacuation de l’humidité lors de la préparation de la grille
Film de carbone Grille TEMMicroscopieSciences CF200-CuGrille TEM
DAWNWyatt TechnologyDAWNInstrument MALS
Oligonucléotided’ADN intégré DNA Nanotechnologies IncOligonucléotide personnalisé
Lacey Carbon Grille TEMMicroscopie électronique SciencesLC200-CuGrille TEM
Méthoxy-poly(éthylène glycol)-bloc-poly(chlorhydrate de l-lysine) PEG5k - PLKC50Alamanda Polymers IncmPEG5K-b-PLKC50Exemple de copolymère séquencé
Milli-QMillipore SigmaEau ultrapure
NanoDropThermo ScientificPour mesurer la concentration
Pince à épiler à action négativeDumontN7Pince à épiler pour la préparation de la grille
Parafilm « M"Bemis Company IncPM996Film de laboratoire
Quantifoil Holey Carbon TEMgrid Microscopie électronique SciencesQ210CR1.3TEM
Grid Research Goniometer and Laser Light Scattering SystemBrookhaven InstrumentsBI-200SMDLS/MALS instrument
Slide-A-Lyzer G2 2K 0,5 mLThermo Scientific Pierce Protein Biology87723Cartouche de dialyse
cuvette petit volumeBrookhaven InstrumentsBI-SVCCuvette pour DLS/MALS
Solarus 950 Advanced Plasma SystemGatanSolarus 950Système plasma pour grilles
TEM TalosTEM FEITalosTEM utilisé pour les échantillons cryogéniques
Tecnai Spirit TEMFEISpiritTEM utilisé pour les échantillons secs
Uranyl FormateSPI-Chem16984-59-1Pour les échantillons de coloration négative pour TEM
VitrobotFEIVitrobot Vitrobot Robotvitrification pour la préparation de la grille cryogénique
électronique en acide nucléique de

Références

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  1. Spruijt, E., Westphal, A. H., Borst, J. W., Cohen Stuart, M. A., van der Gucht, J. Binodal compositions of polyelectrolyte complexes. Macromolecules. 43 (15), 6476-6484 (2010).
  2. van der Gucht, J., Spruijt, E., Lemmers, M., Cohen Stuart, M. A. Polyelectrolyte complexes: bulk ph....

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Mots-clés

Recuit au selDiffusion de la lumi reDiffusion des rayons X aux petits anglesMicroscopie lectroniqueDiffusion dynamique de la lumi reAdministration d acides nucl iquesPolym res charg sAuto assemblageCaract risation des nanoparticules

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