このプロトコルは、千鳥ヘリンボーンマイクロミキサーマイクロ流体装置を用いて、熱感知リポソームを調製するための最適化されたパラメータを提示する。また、リポソームへのドキソルビシンとインドシアニングリーンの共封、および制御/誘発薬物放出のためのドキソルビシンの光熱誘発放出も可能になる。
このプロトコルは、千鳥ヘリンボーンマイクロミキサーマイクロ流体装置を用いて、熱感知リポソームを調製するための最適化されたパラメータを提示する。また、リポソームへのドキソルビシンとインドシアニングリーンの共封、および制御/誘発薬物放出のためのドキソルビシンの光熱誘発放出も可能になる。
提示されたプロトコルは、ドキソルビシン(DOX)などの化学療法薬をロードすることができる低温感受性リポソーム(LTSLs)の高スループット連続調製を可能にする。これを達成するために、エタノール性脂質混合物および硫酸アンモニウム溶液を、ずらしたヘリンボーンマイクロミキサー(SHM)マイクロ流体装置に注入する。この溶液は、SHMによって迅速に混合され、リポソームの自己集合体に均質な溶媒環境を提供する。収集されたリポソームは、まずアニールされ、次いで透析して残留エタノールを除去する。サイズ排除クロマトグラフィーを用いて、外部溶液のバッファー交換により硫酸アンモニウムpH勾配を確立します。その後、DOXは高いカプセル化効率(>80%)でリポソームに遠隔負荷されます。得られたリポソームは、Z平均直径100nmのサイズが均一である。それらは穏やかな温熱(42 °C)の存在の封入されたDOXの温度誘発の破裂解放が可能である。また、近赤外線レーザートリガDOX放出のために、インドシアニングリーン(ICG)をリポソームに共装することもできる。マイクロ流体アプローチにより、高スループット、再現性、拡張性に優れたLTSLの準備が可能になります。
LTSL製剤は、化学療法薬ドキソルビシン(DOX)を送達するために開発された臨床的に関連するリポソーム製品であり、臨床的に達成可能な軽度の温熱療法(T≈ 41°C)1での効率的なバースト薬物放出を可能にする。LTSL製剤は、1,2-ジパルミトイル-sn-グリセロ-3-ホスホコリン(DPPC)、リソ脂質1-ステアロイル-2-ヒドロキシ-sn-グリセロ-3-ホスファチジルコリン(MSPC;Mは「モノ」)およびPEGylatelated脂質1,2-ジステアロイル-sn-グリセロ-3-ホスホエタノールアミン-N-[メトキシ(ポリエチレングリコール)-2000](DSPE-PEG2000)を表す。相転移温度(Tm≈ 41°C)に達すると、リソリピッドとDSPE-PEG2000が共に膜細孔の形成を促進し、薬物2のバースト放出をもたらす。LTSLsの調製は、主にバルクトップダウンアプローチ、すなわち脂質膜水和および押出を使用する。臨床用途に十分な量と同じ特性を持つ大規模なバッチを再現可能に準備することは依然として困難です。
マイクロ流体はリポソームを調製する新しい技術であり、チューナブルナノ粒子サイズ、再現性、および拡張性3を提供する。製造パラメータが最適化されると、スループットは、ベンチスケール3、4、5で用意されたものと同じ特性で、並列化によってスケールアップすることができます。従来のバルク技術よりもマイクロ流体の主な利点は、小型化を通じて空間と時間の制御性が高い小さな液体量を処理する能力であり、6の連続的かつ自動化された方法で動作しながら、より速い最適化を可能にする。マイクロ流体デバイスを用いたリポソームの製造は、押出や超音波処理などの均質化プロセスが不要であるため、より時間とエネルギー効率が高いボトムアップナノ沈降アプローチによって達成される7。典型的には、脂質(例えばエタノール)の有機溶液(および疎水性ペイロード)は、混和性の非溶媒(例えば水および親水性ペイロード)と混合される。有機溶媒が非溶媒と混合すると、脂質に対する溶解度が低下する。脂質濃度は、最終的に沈殿プロセスが引き起こされる臨界濃度に達する7.最終的に脂質のナノ沈殿物は大きさに成長し、リポソームに近い。リポソームの大きさと均質性を左右する主な要因は、非溶媒と溶媒の比率(すなわち水性-有機流量比;;FRR)とリポソームへの脂質の自己集合中の溶媒環境の均質性を8にする。
マイクロ流体の効率的な混合は、したがって、均質なリポソームの調製に不可欠であり、および異なる用途9に使用されているミキサーの様々な設計。ずれたヘリンボーンマイクロミキサー(SHM)は、低希釈因子で(mL /分の範囲で)高いスループットを可能にするパッシブミキサーの新世代の1つを表します。これは従来のマイクロ流体流体混合装置8、10に優れている。SHMは、カオスの対流9、11によって流体を迅速に混合するヘリンボーン溝をパターン化しました。SHMの短い混合タイムスケール(< 5 ms、典型的な凝集時間スケール10〜100 ms未満)は、均一な溶媒環境で脂質自己集合が起こり、均一なサイズ分布3、12のナノ粒子を生成することを可能にする。
しかし、マイクロ流体を用いたLTSLsの調製は、コレステロール8の欠如による従来のリポソーム製剤に比べてそれほど簡単ではなく、脂質二重層がエタノール誘発間桁化を受けやすい13、14、15ではない。これまで、リポソームのマイクロ流体生産時に生じる残留エタノールの効果は十分に理解されていなかった。報告された製剤の大半は、本質的に、LTSLsとは異なり、飽和およびコレステロールフリーである(コレステロールまたは不飽和脂質を含む)間桁に耐性である。
本明細書に提示されるプロトコルは、温度誘発放出薬物送達のためのLTSLsを準備するためにSHMを使用する。この方法では、マイクロ流体調製LTSLsをナノサイズ(100 nm)および動的光散乱(DLS)によって均一(分散度<0.2)にすることを確認しました。さらに、LTSL脂質二重層の完全性の検証として、膜貫通アンモニウム硫酸勾配法(遠隔負荷とも呼ばれる)17を用いてDOXを封入した。DOXのリモートローディングでは、リポソームが高いカプセル化効率(EE)を達成するためにpH勾配を維持する必要があり、これはそのままの脂質二重層なしで起こる可能性は低い。この提示された方法では、典型的なマイクロ流体リポソーム調製プロトコルとは異なって、エタノールを除去して遠隔ローディング能力を可能にするために、アニーリングステップが必要である。すなわち、脂質二重層の完全性を回復する。
前述のように、親水性および疎水性ペイロードは、LTSLsの形成中にペイロードを同時にカプセル化するための初期溶液にも導入することができる。概念実証として、有望な光熱剤でもあるFDA承認の近赤外蛍光色素であるインドシアニングリーン(ICG)が最初の脂質混合物に導入され、LTSLsに共装することに成功しました。808 nmレーザーはDOX/ICG搭載LTSLsを照射し、5分以内にDOXの光熱加熱誘発バースト放出を誘発するのに使用される。
すべての機器と材料は、市販され、すぐに使用でき、カスタマイズの必要はありません。LTSLを処方するためのすべてのパラメータが最適化されているので、このプロトコルに従って、マイクロ流体の予備知識を持たない研究者は、熱感知薬送達システムの基礎となるLTSLsを準備することもできます。
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1. 機器のセットアップ
2. LTSLs を準備する
3. 膜貫通pH勾配によるLTSLsへのDOXのリモートローディング
4. ダイナミック光散乱(DLS)
5. 差動走査熱量測定(DSC)
6. ドキソルビシンの放出
7. レーザー加熱とリリースのトリガ
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マイクロ流体によるLTSLsの調製には、DPPC/MSPC/DSPE-PEG 2000(80/10/10、モル比;)LTSL10)。図7A(左)は、ステップ2.9から、透明で非粘性の液体として、そのまま調製したLTSL10の外観を示す。LTSL10製剤は、LTSL4(DPPC/MSPC/DSPE-PEG 2000、86/10/4、モル比)から開発され、サンプル中に閉じ込められた大量の気泡によって示されるように、ゲル状の粘性サンプルを形成します(図7A;右)。
LTSL10のDLS測定(図7B、赤色)は、LTSL10のZ平均直径および...
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提示されたプロトコルは、千鳥ヘリンボーンマイクロミキサー(SHM)を用いた低温感受性リポソーム(LTSLs)の調製を記述する。LTSL10製剤は42 °Cの臨床的に達成可能な高体温で5分以内にドキソルビシンの温度誘発バースト放出を可能にする。また、DOXの放出を引き起こした光熱加熱のために、インドシアニングリーン(ICG)を共装することもできる。この方法は、(i)SHM11におけるエタノールと硫酸アンモニウム溶液の迅速で混沌とした混合によって提供される均質化溶媒環境下でのリポソームへのリン脂質の自己集合体に依存する。(ii) DOXローディングに必須の脂質二重層の完全性を維持するためにリポソームのアニーリング;(iii) 硫酸アンモニウムpH勾配によるLTSLsへのDOXの遠隔ローディング17.このプロトコルで利用される装置は市販され、パラメータが最適化されているので、このアプローチは、事前の知識やマイクロ流体の経験のないユーザーのために管理可能です。
プロトコル内で最も重要な手順の 1...
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著者たちは開示するものは何もない。
我々は、前立腺癌英国(CDF-12-002フェローシップ)、および工学物理科学研究評議会(EPSRC)(EP/M008657/1)に資金を提供してくれたことに感謝します。
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| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 1,2-ジパルミトイル-sn-グリセロ-3-ホスホコリン(DPPC) | リポイド | PC 16:0/16:0(DPPC) | |
| 1,2-ジステアロイル-sn-グリセロ-3-ホスホエタノールアミン-N-[メトキシ(ポリエチレングリコール)-2000](DSPE-PEG2000) | リポイド | PE 18:0/18:0-PEG 2000 (MPEG 2000-DSPE) | |
| 1-ステアロイル-2-ヒドロキシ-sn-グリセロ-3-ホスホコリン(MSPC) | アバンティポーラーリピッド | 855775P-500MG | Sigma-Adrichによって配布されました。Lyso 16:0 PC (14:0/18:0 PC と混同しないでください、これは MSPC とも呼ばれます) |
| 4-(2-ヒドロキシエチル)-1-ピペラジンエタンスルホン酸 (HEPES) | Sigma-Aldrich | H3375-100G | |
| アダプター、1/4 インチ-28UNF | IDEX ヘルス &サイエンス | P-624 | 2ユニットが必要です。インレット |
| アダプター、ユニオンアセンブリ、1/4 "-28UNF | IDEXヘルス&用サイエンス | P-630 | 2ユニットが必要です。(1ユニットにはナット2個とフェルール2個が含まれています) |
| 硫酸アンモニウム ((NH4)2SO4) | Sigma-Aldrich | 31119-1KG-M | |
| Bijou vial | VWR | 216-0980 | 7 mL、透明、ポリスチレンバイアル |
| 遠心フィルターユニット | Sigma-Aldrich | UFC801008 | 10 kDa MWCO、Amicon Ultra-4 遠心フィルターユニット |
| 遠心分離機 | サーモフィッシャーサイエンティフィック | ヘレウス メガフュージ 8R | HIGHConic III 固定角ローター付き |
| キュベット | フィッシャーサイエンティフィック | 11602609 | ディスポーザブルポリスチレンキュベット、少量、DLS測定用 |
| 透析キット - Pur-A-Lyzer Maxi | Sigma-Aldrich | PURX12015-1KT | 12-14 kDa MWCO |
| ジメチルスルホキシド(DMSO) | Sigma-Aldrich | 34943-1L-M | |
| DLS 機器 | Malvern Panalytical | Zetasizer Nano ZS90 | |
| ドキソルビシン塩酸塩(ドックス) | アポロサイエンティフィック | BID0120 | |
| DSC機器 | TA機器 | TA Q200 DSC | |
| DSC Tzero密閉蓋 | TA機器 | 901684.901 | DSC測定用 |
| DSC Tzeroパン | TA機器 | 901683.901 | DSC測定用 |
| DSCゼロサンプルプレスキット | TA機器 | 901600.901 | DSC測定用 |
| エタノール | VWR | 20821.330 | 絶対、≥99.8% |
| FC-808 ファイバー結合レーザー システム | CNI Optoelectronics Tech | FC-808-8W-181315 | FOC-01-B ファイバー コリメータが含まれています。 |
| フェルール、1/4 "-28UNF〜1/16" OD | IDEX健康&Science | P-200 | 出口用 |
| 光ファイバー温度プローブ | Osensa | PRB-G40 | |
| ガラス 千鳥状ヘリンボーン マイクロミキサー (SHM) | Darwin Microfluidics | ヘリンボーン ミキサー - ガラスチップ | |
| 加熱テープ | オメガ | DHT052020LD | HTC」や「SRTシリーズ」などの他のシリンジヒーターと交換して、加熱を遅くすることができます。240Vモデルに必要な3ピンプラグへの手動配線 |
| Indocyanine Green | Adooq | A10473-100 | Bioquote Limited(英国)が配布 |
| ルアーロックシリンジ、5 mL | VWR | 613-2043 | Hanke Sass Wolf SOFT-JECT 3ピースシリンジ、外径12.45 mm |
| マイクロプレートリーダー | BMG Labtech | FLUOstar Omega | 485 nm(エキシケーション)および590 nm(エミッション)フィルター搭載 |
| マイクロプレート、96ウェル、ブラック、フラットボトム | ThermoFisher Scientific | 611F96BK | マイクロプレートリーダーでの蛍光測定用 |
| マイクロプレート、96ウェル、透明、平底 | グルニエ | 655101 | 吸光度測定用マイクロプレートリーダー |
| ナット、1/4 "-28UNF〜1/16" OD | IDEX Health &科学 | P-245 | |
| アラジン用ネットワークケーブル、7フィート | ワールド精密機器 | NE-PC7 | オプション: シリンジポンプは手動で操作できます |
| ポンプ制御ソフトウェア - 2 ワールド精密機器用 SyringePumpPro ソフトウェアライセンス | SYRINGE-PUMP-PRO-02 | オプション: シリンジポンプは手動で操作できます | |
| アラジン用ポンプネットワークケーブル、7フィート | ワールド・プレシジョン・インスツルメンツ | NE-NET7 | オプション:シリンジポンプは手動で操作可能 |
| サイズ排除クロマトグラフィー(SEC)カラム | GEライフサイエンス | 17085101 | PD-10 脱塩カラムのセファデックスG-25樹脂 |
| ナトリウム(NaCl) | シグマ・アルドリッチ | 31434-1KG-M | |
| 水酸化ナトリウム(NaOH) | シグマ・アルドリッチ | S5881-500G | |
| シリンジポンプ&ケーブル (DUAL-PUMP-NE-1000) | ワールド精密機器 | ALADDIN2-220/AL1000-220 | |
| サーモスタット温度調節器 | インクバード | ITC-308 | 他のシリンジヒーターキット/サーモスタットと交換可能 |
| トリトン X-100 | シグマ-アルドリッチ | X100-100ML | |
| チューブ、ETFE (1/16" OD) | IDEX Health &Science | 1516 | |
| USB から RS-232 へのコンバーター | World Precision Instruments | CBL-USB-232 | オプション: RS-232 ポートのないコンピューター用 |
| Water Bath | Grant Instruments Ltd. | JBノヴァ12 |
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