צורה מווסתת של פוליאסטר מבוסס פולימרומים באמצעות לחץ אוסמוטי
21 באפריל 2021
פולימרים הם שלטי פולימרים מורכבים בעצמם שנוצרים בצורות כדוריות כדי למזער את האנרגיה החופשית של גיב. במקרה של אספקת סמים, מבנים מוארכים יותר מועילים. פרוטוקול זה קובע שיטות ליצירת פולימרים דמויי מוט יותר, עם יחסי רוחב-גובה מוארכים, תוך שימוש במלח כדי לגרום ללחץ אוסמוטי ולהפחית את נפחי ההדבקה הפנימית.
צורת הננו-חלקיק משפיעה על ספיגת התאים, אך נעשתה עבודה מוגבלת כדי לשנות את צורתם של פולימרים. פרוטוקול זה מדגים כיצד להאריך פולימרים עבור יישומי משלוח תרופות משופרים. טכניקה זו מספקת גישה פשוטה שיכולה ליצור צורות פולימריות רבות ושונות עם יישומים פוטנציאליים באספקת תרופות, תאים מדומים או עבור שדות אחרים שלא נחקרו.
פולימרים מוארכים יכולים בו זמנית לספק תרופות הידרופוביות והידרופיליות ובקלות רבה יותר לתאים. טכניקה זו יכולה לעזור להעביר תרופות מעבר למחסום הדם - מוח, להתמודד עם אתגר רפואי גדול. כדי להתחיל, להמיס 0.015 גרם של פוליאסטר נבחר במיליליטר אחד של DMSO על ידי מערבולת במשך 15 דקות, ולהגדיר את מנגנון הזרקת ממס.
מניחים את צלחת ההתחלה ישירות מתחת למשאבת המזרק האנכית, ואז מניחים מרה זכוכית של חמישה מיליליטר עם מיליליטר אחד מסוג שני מים דה-יוניזציה בבר כוכבים מיניאטורי על צלחת הערבוב. כוונן את גובה משאבות המזרק כדי לאפשר לקצה המחט להיות שקוע לחלוטין במים מסוג שני deionized ולהגדיר את קצב העירוי של משאבת המזרק לחמישה מיקרוליטרים לדקה. בצע את הזרקת הממס על ידי ציור פתרון ממס אורגני פוליאסטר לתוך מחט 27 מד.
מניחים את המחט לתוך משאבת המזרק ולוודא שהיא מאובטחת. כוונן את בלוק הדוחף כדי לגעת בקצה הבוכנה של המזרק. התחל את צלחת ערבוב כך המים מסתובבים ב 100 סיבובים לדקה, ולאחר מכן להתחיל את משאבת המזרק.
לאחר משאבת המזרק יש חדורה מלאה את הממס האורגני ואת הפולימר לתוך המים, להסיר את מוט stir וכובע זכוכית נתעבת. לאפיון של פולימרים באמצעות פיזור אור דינמי או DLS, להוסיף מיליליטר אחד של מים עם אחוז קטן של ממס אורגני ופולימר כדי cuvette מיליליטר אחד. ביצע DLS על-ידי הצבת ה- cuvette במערכת והגדרת הריצה.
קרא את הקוטר המשוקלל בעוצמה פולימרית ואת אינדקס polydispersity או PDI. לאחר שטיפת קרום דיאליזה 300 קילודלטון על פי פרוטוקולים שסופקו על ידי היצרן, להוסיף מיליליטר אחד של פתרון פולימרי למאגר של התקן הדיאליזה. מניחים את מכשיר הדיאליזה ב-250 מיליליטר עם 150 מיליליטר מסוג שני מים דו-מיניים על צלחת ערבוב.
מניחים את צלחת הערבוב למהירות המאפשרת תנועה עדינה של מכשיר הדיאליזה ומשאירים אותה לערבב לילה. לאחר הדיאליזה הושלמה, לחלץ את פתרון פולימר מיליליטר אחד מהתקן הדיאליזה. צור 150 מיליליטר של חוצץ מלח הרצוי עם 50, 100 או 200 מילימטרים ריכוז של נתרן כלורי מבוסס על המאפיינים הפולימריים הרצויים הסופיים ולשמור על העומס של מכשיר דיאליזה ב 150 מיליליטר של תמיסת מלח במשך 18 שעות עבור ערבוב.
לאחר אפנון הצורה, בצע מדידות DLS. שימו לב במיוחד למדידות PDI בהשוואה לפולימרים רוחניים, שכן שינוי ב-PDI מצביע על שינוי צורה יעיל בפולימרים. השתמש בפקדים מתאימים להדמיה, במיוחד פולימרים מאופננים שאינם צורה כדי להבטיח את הצלחת השיטה.
תצפית TEM של פולימרים מבוססי PEG-PLA מצביעה על מבנה כדורי כולל עם קו חיצוני עבה יותר המעיד על ממברנה. הפולימרומים מציגים כמבנים פיזיים ו- SEM עם מברשת כמו שכבה חיצונית של PEG. דיאליזה של שעה במים הובילה לאותו קוטר ממוצע כולל עם הסרת ממסים המפחיתה את הקוטר הפולימרי.
כאשר ריכוזים ראשוניים גדולים יותר של ממס אורגני משמשים, ירידות בקוטר גדול יותר צפויות. בעת ביצוע פולימרים PEG-PLA, שינויים צנועים PDI צפויים, אשר עשוי להצביע על שינוי בצורת. בעת חיוג PEG-PLGA פולימרומים, שהם קצת יותר הידרופוביים מאשר פולימרים PEG-PLA נגד מלח, הגידול PDI עולה בקנה אחד עם התארכות עם כל שיפועי מלח נחקרו המוביל לעלייה PDI.
תוצאות דומות יש לראות בעת שימוש שיפוע מלח 50 מילימולר כדי לגרום לשינוי צורה ללא קשר הידרופוביה פוליאסטר. בינתיים, שיפועי מלח נתרן כלורי 100 ו 200 מילימולר מציגים את המגמה הישירה שדלתא PDI מגדילה עם הידרופוביה פוליאסטר גוברת. תמונות TEM של פולימרים PEG-PLA חייגו עם 50 מיליון נתרן כלורי נמוך יותר הראו עם סטומטוציטים ומוטות מוארכים.
כמו ריכוז המלח גדל ל 100 מילימולר, מספר גדל של היווצרות מוטות עם מספר מופחת של stomatocytes נצפתה. דיאליזה נגד 200 פולימרים מילימולר נוצר באופן עקבי יותר פרולטים עם יחסי רוחב-גובה צנועים. החלק המאתגר ביותר בפרוטוקול זה הוא להפוך את הפולימרים לפולימריים באופן עקבי.
לכן חשוב לתרגל את ההליך.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה
מאמר זה מציג פרוטוקול ליצירת פולימרזומים מוארכים, שהם שלפוחיות פולימריות מורכבות עצמית שמסייעות להעברת תרופות. על ידי שימוש במלח כדי לגרום ללחץ אוסמוטי, נפח השלפוחיות הפנימי מופחת, מה שמוביל למבנים דמויי מוט.
רכיבי מחקר מרכזיים
תחום המדע
- חומרים ביולוגיים
- מערכות העברת תרופות
- ננוטכנולוגיה
רקע
- פולימרזומים הם בדרך כלל כדוריים כדי למזער את האנרגיה החופשית של גיבס.
- פולימרזומים מוארכים יכולים לשפר את ספיגת התאים של תרופות.
- מחקר מוגבל התמקד בשינוי צורת הפולימרזומים.
- מחקר זה נועד לטפל בצורך בצורות שונות של פולימרזומים ליישומים שונים.
מטרת המחקר
- להדגים שיטה להארכת פולימרזומים.
- לשפר את יכולות העברת התרופות של הפולימרזומים.
- לחקור יישומים פוטנציאליים בהעברת תרופות ובתאים פסאודו.
שיטות בשימוש
- להמיס 0.015 גרם של פוליאתר נבחר במיליליטר אחד של DMSO.
- לערבב את התמיסה למשך 15 דקות.
- להקים את מנגנון ההזרקה של הממס.
- לנצל לחץ אוסמוטי כדי ליצור פולימרזומים מוארכים.
תוצאות עיקריות
- נוצרו בהצלחה פולימרזומים מוארכים עם יחסי גודל משופרים.
- הוכחה היכולת להעביר תרופות הידרופוביות והידרופיליות כאחד.
- הוכחה פוטנציאל להעברת תרופות מעבר למחסום הדם-מוח.
- סופקה גישה פשוטה ליצירת צורות שונות של פולימרזומים.
מסקנות
- הטכניקה מציעה שיטה מבטיחה לשיפור מערכות העברת תרופות.
- פולימרזומים מוארכים עשויים לטפל באתגרים רפואיים משמעותיים.
- חקירה נוספת של צורות פולימרזומים עשויה להוביל ליישומים חדשים.
שאלות נפוצות
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
