הפרוטוקול מתאר הכנה של מיקרוספרות נתרן אלגינט מוצלבות עם יוני מתכת שונים באמצעות מכשיר מיקרופלואידי לתכנון נשאות תרופות. התכונות האנטי-מיקרוביאליות והשחרור האיטי של תרופות אלה נחקרו גם כן.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
* These authors contributed equally
הפרוטוקול מתאר הכנה של מיקרוספרות נתרן אלגינט מוצלבות עם יוני מתכת שונים באמצעות מכשיר מיקרופלואידי לתכנון נשאות תרופות. התכונות האנטי-מיקרוביאליות והשחרור האיטי של תרופות אלה נחקרו גם כן.
מיקרוספרות הן חלקיקים בגודל מיקרומטרי שיכולים לטעון ולשחרר בהדרגה תרופות באמצעות אנקפסולציה פיזית או ספיחה על פני השטח ובתוך פולימרים. בתחום הביו-רפואה, מיקרוספרות הידרוג'ל נחקרו בהרחבה ליישומן כנשאיות תרופות בשל יכולתן להפחית את תדירות מתן התרופות, למזער תופעות לוואי ולשפר את היענות המטופלים. נתרן אלגינט (ALG) הוא פוליסכריד ליניארי טבעי עם שלושה קשרים גליקוזידים בעמוד השדרה. ישנן שתי קבוצות הידרוקסיל עזר נוכחים בכל אחד moieties של פולימר, אשר יש את המאפיינים של אלכוהול hydroxyl moiety. יחידות ה-ALG הסינתטיות יכולות לעבור תגובות כימיות צולבות עם יוני מתכת, וליצור מבנה רשת צולב של ערימות פולימרים, ובסופו של דבר ליצור הידרוג'ל. מיקרוספרות הידרוג'ל ניתן להכין באמצעות תהליך פשוט המערב את תכונות הקישור היוני של ALG. במחקר זה הכנו מיקרוספרות הידרוג'ל מבוססות ALG (ALGMS) באמצעות אסטרטגיית אלקטרודפוזיציה מיקרופלואידית. מיקרוספרות ההידרוג'ל שהוכנו היו בגודל אחיד ומפוזרות היטב, הודות לבקרה מדויקת של זרימת האלקטרופלואיד. ALGMS הצולבים עם יוני מתכת שונים הוכנו בטכניקת אלקטרוספריי מיקרופלואידית המשלבת שדה מיקרופלואידי ושדה חשמלי גבוה, ונחקרו תכונותיו האנטי-מיקרוביאליות, יכולת שחרור תרופות איטית ותאימות ביולוגית. טכנולוגיה זו טומנת בחובה הבטחה ליישום בפיתוח וייצור תרופות מתקדמות.
מערכות אספקת תרופות הן מוקד מחקרי בתחום הנדסת ביו-רקמות, במטרה לשפר את יעילות ויעילות אספקת התרופות ולהפחית תגובות שליליות ותופעות לוואי1. בין מערכות אלה, מיקרוספרות הידרוג'ל, המאופיינות בתאימות ביולוגית טובה, תכונות מכניות מתכווננות ופלסטיות פונקציונלית, הן אחד הכלים הנפוצים ביותר להעמסה ומשלוח של תרופות2. הם יכולים לשמש הן לשחרור איטי ומבוקר של תרופות, לספק השפעות הגנה טובות לתרופות, להימנע או למזער השפעות לא ספציפיות של תרופות ברקמות אחרות, ולכוון משלוח תרופות למבני רקמות ספציפיים3. לכן, מיקרוספרות הידרוג'ל הפכו למערכת אספקת תרופות חדשה ויעילה, כאשר המחקר בתחום זה מתפתח בהדרגה4.
מיקרוספרות הידרוג'ל מסונתזות בדרך כלל מחומרים מתכלים, כולל פוליסכרידים, חלבונים ופולימרים טבעיים5. ביניהם, ALG הוא פוליסכריד תואם ביולוגית, מתכלה המופק מאצות חומות ימיות6. השרשרת המולקולרית שלו מכילה קבוצות הידרוקסיל וקרבוקסיל חופשיות שיכולות להצליב עם רוב הקטיונים הדו-ערכיים או הרב-ערכיים ליצירת מבנה הידרוג'ל בלתי מסיס במים עם רשת תלת ממדית5. מיקרוספרות הידרוג'ל שנוצרו על ידי ALG ניתן להמיר פוליאלקטרוליטים טעונים שלילית בתמיסות ניטרליות אלקליין. דחייה זו בין מטענים שליליים גורמת למיקרוספרות להתנפח, ומאפשרת שחרור של החומר הפעיל או התרופה העטופים. תכונות אלה הובילו להתייחסות למיקרוספרות ALG כנשאי תרופות מבטיחים הנמצאים בשימוש נרחב להעמסת תרופות ושחרור מבוקר7.
קיימות שיטות שונות להכנת מיקרוספרות הידרוג'ל. שיטות הכנה מסורתיות של ALGMS כוללות בדרך כלל את שיטת סול-ג'ל או שיטת תחליב-סול. שיטות אלה כוללות צעדים כגון משקעים, משקעים משותפים ותגובות ג'לציה כדי להשיג את מיקרוספרות המטרה8. בשנים האחרונות, עם ההתפתחות המתמדת של הטכנולוגיה המיקרופלואידית, שיטת האלקטרוספריי המיקרופלואידית הפכה בהדרגה לשיטת הכנה יעילה ומדויקת למיקרוספירה9. שיטה זו משתמשת בטכנולוגיה מיקרופלואידית כדי לרסס תמיסת פולימר באמצעות זרבובית מיקרו-עדינה כדי ליצור טיפות מיקרומטריות ומיקרוספרות במהלך תהליך הריפוי או הקישור הצולב,10. בהשוואה לשיטה המסורתית, אלקטרוספריי מיקרופלואידי מציע שליטה מדויקת בגודל חלקיקי המיקרספירה, ומורפולוגיה על ידי התאמת פרמטרים כגון קצב זרימת תמיסה, מתח וגודל זרבובית עדינה11. הוא גם מאפשר הכנה רציפה במהירות גבוהה של מיקרוספרות, שיפור יעילות ההכנה ושמירה על תנאי תגובה מתונים. בנוסף, ALGMS יכול להיות מוכן להיות בעל פונקציות שונות, כגון תרופות שחרור מבוקר זרזים טעונים, המאפשר יישום קל שלהם בתחומים שונים.
כאן, אנו מציגים פרוטוקול להכנת מיקרוספרות ALG בשיטת אלקטרוספריי מיקרופלואידית. התהליך כולל העברת תמיסת ALG דרך מכשיר מיקרופלואידי וחשיפתה לאלקטרוספריי. הטיפות שהתקבלו נאספו בתמיסה שהכילה יוני מתכת שונים (Ca2+, Cu2+, Zn2+ ו-Fe3+) כדי ליזום את תגובת הקישור הצולב. תגובה זו משפרת את היציבות וההיצמדות של המיקרוספרות ומקנה להם פונקציות שונות. שיטה זו קלה לביצוע, והמיקרוספרות המסונתזות מציגות אחידות גודל טובה במורפולוגיה שלהן. נוסף על כך, חקרנו את הסגולות האנטי-בקטריאליות שלהם, את יכולת שחרור התרופות האיטי ואת התאימות הביולוגית. פרוטוקול זה יהיה שימושי להמשך פיתוח וייצור תרופות.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הדם ששימש בניסויים התקבל מנקבות עכברים בדרגת SPF BALB/c במשקל 20-25 גרם ובנות כ-7 שבועות. ועדת האתיקה של ניסויים בבעלי חיים של מכללת ג'ג'יאנג שורן אישרה את כל הליכי הטיפול והניסויים בבעלי חיים.
1. הכנת פתרון
2. מכשיר אלקטרוספריי מיקרופלואידי
3. הכנת מיקרוספרות ALG
4. בדיקת ביצועים מיקרוביאלית
5. בדיקות שחרור סמים
6. בדיקת המוליזה
7. בדיקת תאימות Cytobiocompatibility
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
אפיון ALGMS מוצלב עם יוני מתכת שונים
המורפולוגיה האופטית של Ca-ALGMS, Cu-ALGMS, Zn-ALGMS ו-Fe-ALGMS מוצגת באיור 2, ומציגה ספריות טובה, משטח חלק, התפלגות גודל חלקיקים אחידה (איור משלים 2) וחד-פיזור מצוין. בהמשך ביצענו אפיון מיקרוסקופי באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM) וספקטרוסקופיית פיזור אנרגיה (EDS). כפי שניתן לראות באיור 3, המיקרוספרות היו בדרך כלל כדוריות עם מעוגלות מוגדרת היטב. פני השטח של Zn-ALGMS חולקו באופן לא אחי...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בפרוטוקול זה אנו מציגים שיטה להכנת ALGMS המבוססת על טכנולוגיית אלקטרוספריי מיקרופלואידית. השיטה פשוטה לתפעול ומניבה מספר רב של מיקרוספרות בעלות מעוגלות אחידה וקוטר נשלט. גישה זו מציעה נוחות לחוקרים ויכולה לקדם את המחקר והיישום של מיקרוספרות הידרוג'ל. בנוסף, על ידי הצלבה עם יוני מתכת שונים, היציבות והביואקטיביות של ALGMS שופרו. בניסויים האנטי-מיקרוביאליים, Cu-ALGMS ו-Zn-ALGMS הדגימו השפעות מעכבות חיידקים משמעותיות.
מיקרוספרות הידרוג'ל הן מיקרו-מבנים גמישים עם פלסטיות מעולה, המאפשרים העברת תרופו...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
אין לחשוף ניגודי עניינים.
עבודה זו נתמכה על ידי פרויקט מחקר של אוניברסיטת ג'ג'יאנג שורן (2023R053 ו- 2023KJ237).
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| מסך רשת 120 | Solarbio, סין | YA0946 | |
| מבער אלכוהול | Solarbio, סין | YA2320 | |
| עכברי BALB / c | Wukong Biotechnology, סין | ||
| מגיב בדיקת חומצה Bicinchoninic | Meilunbio, סין | MA0082 | |
| סרום בקר אלבומין | Lablead, סין | 9048-46-8 | |
| CaCl2 & נ.ב.פ; אבקת | אלאדין, סין | 10043-52-4 | |
| Calcein-AM / PI | Biosharp, סין | BL130A | |
| צינורות צנטריפוגה | קורנינג, אמריקה | 430290 | |
| CuSO4 אבקה | Jnxinyuehuagong, סין | 7758-99-8 | |
| DMEM | Gibicol, סין | C11995500BT | |
| FeCl3 אבקת | אלאדין, סין | 7705-08-0 | |
| סרום בקר עוברי | HAKATA, סין | HN-FBS | |
| צינורות זכוכית | Sartorius, גרמניה | CC0028 | |
| מיקרוסקופיה אור | Evidentscientific, יפן | BX53 (LED) | |
| משאבת מזרק מיקרופלואידית | Longerpump, אנגליה | LSP01-3A | |
| NIH3T3 | HyGyte, סין | TCM-C752 | |
| צלחת פטרי | Thermofisher, אמריקה | 150464 | |
| פוספט מאגר מלח | Thermofisher, אמריקה | 3002 | |
| מיקרוסקופ אלקטרונים סורק | Thermofisher, אמריקה | Axia ChemiSEM | |
| נתרן אלגינט אבקה | Bjbalb, סין | Y13095 | |
| ZnSO4 אבקה | Jnxinyuehuagong, סין | 7733-02-0 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.