サイズと架橋密度にナノスポンジ可変性

これらナノシステム¹の薬物放出プロファイルをガイドに影響を与える非常に重要なは分子間架橋結合に基づくナノ粒子のサイズと架橋密度を正確にチューニングします。すなわち、設計ナノスポンジ無依存異なるネットワーク密度の粒子を準備、前駆体ポリマーのペンダント機能および組み込まれる親水性の架橋剤の同等物に頼っています。このアプローチで前駆体および架橋剤、溶媒中の濃度はバルク ゲルではなく、個々 のサイズの形ナノ粒子に重要です。定量核磁気共鳴分光法 (NMR) 評価技術を利用して法人ペンダント機能と高分子の分子量の正確な測定可能します。ナノ粒子を形成、一度集中し、ナノゲルの性格を持つことがなく有機物の可溶化できます。

ナノ粒子ドラッグデリバリーの最近の研究はポリの使用に焦点を当てて (乳酸-co-グリコール酸) (PLGA) 自己組織化ナノ粒子^2,3,4,5,6。PLGA 薬物送達アプリケーションに適している分解性エステルの連携があり、しばしばそのステルス特性⁷のため poly(ethylene glycol) (PEG) と組み合わせています。ただし、さらに高機能化有機物で、PLGA 粒子形成の自己組織化の性質のため粒子を溶解できません。PLGA ナノ粒子とは対照的は、提案されたメソッドは、定義されたサイズと形態、オーガニックで不安定であり水溶液¹が低下するナノ粒子を形成共有結合で架橋を提供します。このアプローチの利点は、さらに化学的にナノスポンジ⁸の表面を高機能化する能力と有機溶剤の安定性は医薬品化合物^1,9で粒子の後読み込みを使用できます。この方法では、水溶液に沈殿物によって疎水性小分子のカプセル化を実現できます。一緒に親水性の短い架橋ポリエステルのバックボーンの疎水性はこれらの粒子に体温でアモルファス文字を与えます。さらに、薬物の読み込み後、粒子は容易に注射で体内に水溶液中における微細懸濁液を形成できます。これらのポリエステルの nanosponges の合成用パラメーターを評価し、デザイン、サイズおよび形態の調節に非常に重要であるものを決定するこの作業における私たちの目標です。

1. AVLの合成と特性評価

1. 2ネック500mL丸底フラスコ(フラスコ1)の内側にマグネチックスターバーを置き、適切なサイズのゴム製セプタムと鋼線で密封します。フラスコを火炎乾燥させて、セプタム内の入口針と開放出口針に接続された窒素ガスでパージして水分を取り除き、ブタン火炎トーチを使用して、炎を表面に沿って動かしてフラスコの外側を穏やかに加熱します。
   1. フラスコの内部を曇らせる湿気が見えなくなるまで、炎を表面に流してフラスコ全体を加熱し続けます。炎を取り除き、フラスコを室温まで冷まし、反応全体を通して窒素の流れを続けます。
2. 156.25 mLの無水テトラヒドロフラン(THF)を30 mLのシリンジでフラスコ1に加えます。.フラスコをドライアイス/アセトン浴で1〜-78°Cに冷却します。反応全体を通して温度計で温度を監視し、必要に応じてドライアイスを加えて-78°Cを維持します。マグネティックスタープレートを使用してマグネティックスターバーを攪拌し始め、穏やかな渦を作り出します。
3. N,N-ジイソプロピルエチルアミン (DIPA) (3.30 mL, 2.3 x ^10-2 mol) を 5 mL シリンジで添加し、続いて 2.5 M n-ブチルリチウム (9.34 mL, 2.3 x ^10-2 mol) を 10 mL ガラスシリンジで Flask 1 に滴下します。マグネティックスタープレートを用いて-78°Cで15分間撹拌を続けます。
4. 火炎乾燥(ステップ1.1で説明)し、アルゴンガス(ステップ1.1で窒素ガスで説明)で100mLの丸底フラスコ(フラスコ2)でパージします。フラスコが触れるほど冷えたら、アルゴンガスの入口と出口を同時に取り外します。30 mLシリンジで56 mLの無水THFを、5 mLシリンジでδ-バレロラクトン(VL)(1.97 mL、2.1 x ^10-2 mol)を5 mLシリンジで加えます。
5. Flask 2の溶液を小さなカニューレでFlask 1に45分かけて滴下し、マグネチックスターバーで連続的に攪拌しながら加えます。Flask 2が空になったら、カニューレを取り外し、Flask 1を-78°Cで15分間攪拌し続けます。
6. 火炎乾燥(ステップ1.1で説明)し、アルゴンガス(ステップ1.1で窒素ガスで説明)で25mLの丸底フラスコ(フラスコ3)でパージします。フラスコが触れるほど冷えたら、アルゴンガスの入口と出口を同時に取り外して、フラスコ内の陽圧を維持します。アリアン臭化物(2.02 mL、2.3 x ^10-2 mol)とヘキサメチホスホラミド(HMPA)(4.43 mL、2.5 x ^10-2 mol)をそれぞれ5 mLシリンジで追加します。
7. Flask 3 を Flask 1 に小さなカニューレでドロップワイズで追加します。Flask 3が空になったら、カニューレを取り外します。
   1. Flask 1を沈めたドライアイス/アセトン浴から、スコップとプラスチックカップを使用して、ドライアイスと冷たいアセトンをできるだけ取り除きます。室温のアセトンと交換して浴を-40°Cに上げ、Flask 1を温度を監視しながら2時間攪拌を続けるようにします。温度が-40°Cを超える場合は、ドライアイスを数個追加してアセトンを冷却します。
   2. 冷たいアセトンとドライアイスを取り除いて-10°Cまで温め、室温のアセトンと交換します。
8. フラスコ1からセプタムを取り出し、150 mLの飽和塩化アンモニウム溶液で反応を急冷しながら、マグネチックスターバーで攪拌します。Flask 1を-20°Cの冷凍庫に一晩置いて保管します。
9. フラスコ1を冷凍庫から取り出し、室温まで温めます。Flask 1の溶液を500 mLのセパレーター漏斗に注ぎます。
10. 50 mLのジクロロメタン(DCM)を加え、セパリー漏斗にキャップをし、穏やかに揺らしてDCMと水性/ THF混合物を混合し、製品を有機層に抽出します。セパリーファンネルストップコックを開いて、適切なサイズの磁気攪拌棒を含む500mLビーカーに有機層を集め、取っておきます。これを 2 回繰り返します。
11. すべての有機物を同じビーカーに集め、マグネティックスタープレートを使用して硫酸マグネシウムをかき混ぜます(残留水を取り除くため)マグネティックスタープレートを使用して、硫酸マグネシウムが溶液に加えたときに固まらなくなるまで。水性廃棄物を捨てます。
12. ガラス漏斗内の濾紙を使用して有機製品溶液から硫酸マグネシウム固体を取り除き、有機物を250mLの丸底フラスコに集めます。濾紙と固体硫酸マグネシウムを過剰なDCMですすぎ、すべての製品が収集されるようにします。
13. 30°Cで加熱し、真空源として水吸引器を使用しながら回転蒸発させることにより、製品から溶媒を除去します。
14. シリカゲルを固定相として使用し、カラムクロマトグラフィー^{10で粗生成物を精製}し、3%酢酸エチル/ヘキサンから溶出して1カラム容量(CV)で溶出し、グラジエントを5CVsで29%酢酸エチル/ヘキサンに増やします。フラクションを16 x 150 mm²ホウケイ酸ガラス管に集めます。
15. 20% 酢酸エチル/ヘキサンを溶離液として使用して薄層クロマトグラフィーを実施し、生成物の画分を測定します。
16. すべての製品画分を適切なサイズの丸底フラスコに結合し、40°Cのロータリー蒸発を使用して溶媒を除去し、事前に秤量した製品バイアルに移し、0.05 torrの高真空下に置いて純粋なAVLを取得します。¹H NMR¹¹ (CDCl₃, 400 MHz): δ 5.75 (m, 1H), 5.06 (m, 2H), 4.26 (m, 2H), 2.54 (m, 3H), 2.28 (m, 1H), 2.03 (m, 1H), 1.87 (m, 1H), 1.54 (m, 1H).収量:2.07g(70.56%)。

2. VL- co- AVLの合成と評価

1. 火炎乾燥させ、マグネチックスターバーとセプタムを備えた25mLの丸底フラスコを窒素ガスでパージします。
   1. フラスコを火炎乾燥させて、セプタム内の入口針と開放出口針に接続された窒素ガスでパージして水分を取り除き、ブタン火炎トーチを使用して、炎を表面に沿って動かしてフラスコの外側を穏やかに加熱します。
   2. フラスコの内部を曇らせる湿気が見えなくなるまで、炎を表面に流してフラスコ全体を加熱し続けます。炎を取り除き、フラスコを室温まで冷まし、反応全体を通して窒素の流れを続けます。
2. 丸い底から中隔をすばやく取り外し、スパチュラを使用してフラスコの一番底に錫(II)トリフラー(2.5 mg、5.9 x ^10-6 mol)を追加します。セプタムを交換します。
3. 100 μLマイクロシリンジで3-メチル-1-ブタノール(72.6 μL、6.6 x ^10-3 mol)を、2 mLシリンジで1.33 mLの無水DCMを順次添加します。マグネチックスタープレートで10分間攪拌します。
4. AVL(0.48 mL、3.7 × ^10-3 mol)とVL(1.37 mL、1.4 × ^10-2 mol)をシリンジで順次添加します。18 - 20 h.
   の間攪拌を続けることを許しなさい。 注:最終共重合体中のAVLおよびVLの割合は、このステップの化学量論によって変更できます。
5. ~5 mLのメタノール(MeOH)を加えて反応を急冷します。~100 mgの固体支持錫スカベンジャーを加え、2時間攪拌します。重力ろ過でろ過して固形物を取り除きます。
6. 水吸引器を真空源としてロータリーエポレーターで溶媒を除去し、溶液が粘性になるまで30°Cで加熱します。溶液を500 mLの冷たいMeOH(ドライアイスで少なくとも1時間冷却)に滴下して、白色固体のフレークを生成します。溶液を真空ろ過により、フィルターペーパー付きのフリットガラスディスクを含む漏斗にろ過し、固形物を収集します.
   注:沈殿物が濾紙を通過する濁った上清または微粉末を生成する場合、製品溶液は希薄すぎます。すべての上清溶媒は、溶液が粘性になるまで30°Cで加熱しながら、真空源として水吸引器を使用した回転蒸発によって除去し、その後、再度沈殿を行う必要があります。
7. 固形製品をスパチュラで事前に計量したバイアルに移し、0.05 torrの高真空圧で一晩乾燥させて、白いフレーク状の固体を収集します。
8. ¹H NMR¹¹ (CDCl₃, 400 MHz): δ 5.71 (m, 1H), 5.03 (t, 2H), 4.08 (m, 4H), 3.65 (t, 2H), 2.15 - 2.50 (m, 5H), 1.47-1.78 (m, 9H), 0.91 (d, 6H). 81.42% VL, 18.58% AVL, 2,940 g/mol, 578 g/mol AVLの繰り返し単位。収量:1.43 g、(73.43%)。

3. エポキシバレロラクトン(EVL)共重合体ユニットを生成するための重合後エポキシ

1. VL-co-AVL共重合体(500 mg、1.7 x ^10-4 mol、2,940 g/mol)をマグネチックスターバー付きの6ドラムバイアルに加えます。6.15 mLの無水DCMをバイアルとボルテックスに加えて、ポリマーを可溶化します。
2. メタクロロペルオキシ安息香酸(mCPBA)(74.53 mg、4.3 x ^10-4 mol)を2番目の6ドラムバイアルに加えます。.6.15 mLの無水DCMを加え、mCPBAが完全に可溶化されるまでボルテックスします
   注:アリルとエポキシドの変換比は、このステップで化学量論を変更することで変化させることができます。溶媒中の最終的なアリル濃度は0.065 Mである必要があります。
3. mCPBAソリューションをVL-AVLソリューションに転送します。反応液に蓋をし、プラスチックパラフィンフィルムで覆います。48時間攪拌します。
4. 反応混合物を50mLのセパレーター漏斗に移します。15 mLの飽和重炭酸ナトリウムを加え、分液漏斗に蓋をし、穏やかに揺らして混ぜます。製品を含む有機層を、適切なサイズのマグネチックスターバー(製品フラスコ)を備えた50 mLの三角フラスコに集めます。
   1. セパリーファンネル、キャップにまだ残っている水性層に5mLのDCMを加え、穏やかに揺らします。有機物を製品フラスコに集めます。水性廃棄物を捨てます。有機層を分膜漏斗に戻します。この水性洗浄を2回繰り返します。
5. 硫酸マグネシウム(残留水分を除去するため)を製品フラスコに加え、磁気攪拌板で攪拌しながら加えます。硫酸マグネシウムの小さなスクープを追加して、追加したときに固まらなくなるまで追加し続けます。濾紙を取り付けたガラス漏斗を使用して、固体の硫酸マグネシウムを取り除き、混合物を50mLの丸底フラスコに移します。
6. 水吸引器を真空源としてロータリー蒸発させ、25°Cで加熱して溶媒を除去し、丸底フラスコの内容物を事前に計量した製品バイアルに移し、ロータリー蒸発によって溶媒を除去します。0.05 torrの高真空に一晩置くと、白いワックス状の固体が生成されます。
7. ¹H NMR¹¹ (CDCl₃, 400 MHz): δ 5.71 (m, 1H), 5.03 (t, 2H), 4.08 (m, 4H), 3.65 (t, 2H), 2.94 (d, 1H), 2.90 (s, 1H), 2.74 (s, 1H), 2.15-2.50 (m, 5H), 1.47-1.78 (m, 9H), 0.92 (d, 6H). 84.53% VL, 9.65% AVL, 5.82% EVL, 2,855 g/mol, 1,841 g/mol EVLの繰り返し単位。収量:417.3mg、(83.46%)。

4. ナノスポンジの合成と評価

1. VL-co-AVL-co-EVLポリマー(200 mg、7.0 x ^10-5 mol、2,855 g/mol)を20.01 mLの無水DCMに溶解し、エポキシド濃度0.0054 M..14/20 neck.
   の100 mL丸底フラスコに移します。 注:反応を触媒するために、このステップで100μLの飽和重炭酸ナトリウム水溶液を添加できます。
2. 反応フラスコを50°Cの油浴に入れ、溶液を高速ボルテックスで攪拌し、マイクロシリンジで2,2'-(エチレンジオキシ)ビス(エチルアミン)(21.45 μL、2.9 ^10-4 mol)を滴下します。フラスコの首に冷水が流れるウォータージャケットコンデンサーを取り付け、14/20ネックアダプターを取り付け、溶液を12時間還流します。フラスコのネックとコンデンサーの間に非常にしっかりと密閉して、溶剤の蒸発を防ぎます。
3. 粘性のある溶液が得られるまで、25°Cで回転蒸発することにより、反応フラスコから余分な溶媒を取り除きます。
4. 大きなマグネチックスターバーを2Lビーカーに入れます。10 K分子量カットオフ(MWCO)透析チューブの約6インチの切片を切断し、一端を折りたたんでから透析クリップで閉じます。
   1. 製品を10 K MWCO透析チューブに移します。フラスコを余分なDCMですすぎ、チューブに移します。チューブの上部を折り、吊り下げ用のワイヤーが付いた透析クリップで閉じます。ワイヤーを使用してビーカーの側面に透析チューブを吊るし、透析チューブが完全に水没するまでビーカーにDCMを充填します。
   2. マグネティックスタープレートにのせ、優しく攪拌します。ビーカーをアルミホイルで覆い、溶剤の蒸発を防ぎます。廃棄物容器に注いで溶媒を除去し、新鮮なDCMと1日3回48時間交換して、未反応のポリマーと架橋剤を除去します。
5. ビーカーからすべての溶媒を取り出し、透析チューブの内容物を0.45μmポリテトラフルオロエチレン(PTFE)シリンジフィルターを取り付けた10mLシリンジに移します。溶液をフィルターを通して、あらかじめ秤量した製品バイアルに直接押し込み、残っている不純物を取り除きます。25°Cでロータリーエポベーションして溶媒を除去し、0.05 torrの高真空に一晩置いて、淡黄色のワックス状の固体を収集します。
6. ¹H NMR¹¹ (CDCl₃, 400 MHz): δ 5.71 (m, 1H), 5.03 (t, 2H), 4.08 (m, 4H), 3.60-3.67 (t, 14H), 2.94 (d, 1H), 2.90 (s, 1H), 2.74 (s, 1H), 2.15-2.50 (m, 5H), 1.47-1.78 (m, 9H), 0.92 (d, 6H).収量:176.9mg(88.45%)。

5. ナノスポンジの形態とサイズのTEMイメージング

1. 0.2 μm PTFEシリンジフィルターで5 mLの細胞培養水をろ過します。
2. 0.5 mgのナノスポンジを1.5 mLの遠心チューブに入れます。ろ過した細胞培養水1 mLを加えます。プローブソニケーター(20 kHz、40 a)を使用して、粒子が微細な懸濁液を発達するまで、室温で2秒のバーストを4〜5回溶液に超音波処理します。長時間の超音波処理を使用したり、溶液を加熱したりしないでください。
3. 1.5 mLの遠心チューブでろ過した細胞培養水1 mLに、リンタングステン酸水和物(PTA)30 mgを加えます。最高設定で10秒間、またはPTAが完全に可溶化して3%PTA溶液を生成するまでボルテック
スします。
4. 22 G針付きの1 mLシリンジを使用して、0.5 mL 3% PTA溶液を吸い上げます。3%PTA溶液を4滴粒子に加え、最高設定で10秒間ボルテックスします。自動閉鎖ピンセットを使用してTEMグリッドをピックアップし、それを粒子溶液にすばやく3回浸します。グリッドをカバーの下で5時間乾かして、グリッドの集塵を減らします。
5. 高コントラストと40μmの対物レンズを使用して、サンプルのTEMイメージング^{12を実行します}。

ナノスポンジの合成パラメーターとその結果のサイズの関係を評価するには、各高分子前駆体の濃度とペンダントの機能は重要です。図 1で、12 h の DCM で両方前駆体高分子/ジアミン誘導体の架橋を組み込んだ後、その nanosponges の successfulsynthetic 方式が還流条件下で実施は。ソリューションのエポキシド濃度も離散的な粒子の形成に重要です。一度 nanosponges を合成した、TEM 画像は一連の粒子の正確な寸法を決定する使用されました。図 2、様々 なナノスポンジ実験のコレクションをポリマー前駆体分子量とペンダント機能定款ナノスポンジ サイズに及ぼす影響が両者の関係を決定するために基づいて行った。図 2分子量が増加するエポキシド (エポキシドあたり 2 アミン) あたり 1 つのジアミン誘導体架橋剤と EVL 定款の 6% と 8% 粒子径の増加傾向が見られます。

図 3は、架橋剤とエポキシ樹脂の割合の両方を増加同等がある同様の効果ナノスポンジ セット間類似分子の重量を維持しながら示します。また、これらのパラメーターを変化させながらナノスポンジ サイズの増加の傾向が見られています。ポリマー前駆体の合成で重要な役割をプレイで様々 な用途に nanosponges を正確に調整する得られたナノ粒子のサイズを制御する方法を理解することが重要です。また、図 4に示すように、個々 の粒子サイズの小さい偏差のあるナノスポンジ合成の再現性と信頼性の高い方法を維持することが重要です。これらのパラメーターを利用して、サイズおよび特定のサイズのナノスポンジを確実に再現するための数式の範囲は特定のアプリケーションを開発することができます。 または汎用性と実用的なナノスポンジ化学であることを証明するゴールを希望します。

図 1: ナノスポンジ合成反応スキーム。約 100 のサイズ寸法を持つ離散ナノ粒子を形成するジアミン誘導体架橋剤と反応し、ペンダントのアリルとエポキシドの機能グループを含む線形の共重合ポリエステル nm。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 2: 分子量とペンダント機能に基づくナノスポンジ可変特性の解析。相対ペンダント機能を維持しながら前駆体ポリマーの分子量に基づくナノスポンジ サイズの変化を評価することによって、同じ分子量が増加すると粒子サイズの増加示すことができる両方の 6% と 8% の EVL ポリマー。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 3: 架橋剤およびペンダント機能対応でナノスポンジ可変性の分析。架橋剤を保持することによって同等の安定した高いペンダント機能高架橋剤定款になります。この図で、エポキシド (2 ジアミン誘導体架橋剤同等エポキシドあたり) あたり 4 つのアミンが 6% および 10% の両方の EVL ポリマーに追加されました。多くの架橋剤、ポリマーと架橋剤対応する高いあたりより多くのエポキシドのためナノスポンジ組み込まれて、サイズが増加します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 4: Nanosponges の TEM 像。合成中に形成された共有リンクのナノ粒子の TEM 画像。79 ± 12 nm のサイズを表示します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

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