Nanoprecipitation 기법을 통해 디블록 고분자 Nanoparticles의 제형
2011년 9월 20일
이 문서 디블록 공동 폴리머를 사용하여 폴리머 기반 nanoparticles를 합성하는 nanoprecipitation 방법을 설명합니다. 우리는 디블록의 합성 공동 고분자, nanoprecipitation 기술, 그리고 잠재적인 애플 리케이션을 설명합니다.
이 절차의 전반적인 목표는 나노 침전 방법을 사용하여 고분자 나노 입자를 합성하는 것입니다. 이는 먼저 E-D-C-N-H-S 반응을 수행하여 A-P-L-G-A PEG 공중합체를 생성함으로써 달성됩니다. 그런 다음 PLGA PEG 공중합체를 사용하여 나노 입자를 생성하고 나노 침전을 통해 관심 약물 또는 화물을 캡슐화합니다.
이 시점에서 동적 광 산란 투과 전자 현미경 또는 HPLC를 통해 크기, 표면 전하 및 약물 로딩 효율을 포함한 기본적인 생물물리학적 특성 분석을 수행할 수 있습니다. 이 기술의 의미는 나노 입자가 현재 치료법보다 더 효과적일 수 있는 잘 용해되지 않는 항암 치료제를 전달할 수 있기 때문에 종양 치료로 확장됩니다. 이 방법은 암 치료에 대한 통찰력을 제공할 수 있습니다.
또한 세포 밀매와 같은 다른 시스템을 연구하는 데 사용할 수도 있습니다. 나노 입자는 표적 리간드와 결합될 수 있으며 기술을 시연하는 이미징 에이전트를 사용하여 생체 내 또는 생체 외에서 시각화할 수 있습니다. 오늘은 우리 실험실의 두 기술자 인 Rohit Sukumar와 Natalie Cummings가 PLGA PEG 공중 합체를 용해 PLGA, 카르 복실 레이트를 Acetonitrile에서 부드럽게 교반하면서 5 밀리 몰의 농도
로 합성을 시작합니다.그런 다음 PLGA와 비교하여 5 X storia metric 초과를 제공하는 25 밀리 몰의 농도를 얻기에 충분한 NHS 및 EDC를 첨가하고 PLGA 카르 복실 레이트가 PGA NHS로 전환되도록하기 위해 약 1 시간 동안 용액을 부드럽게 저어줍니다. 1 시간 후, 약 10 배 부피의 세척 용액 메탄올을 첨가하여 PGA NHS 반응 생성물을 침전시키고 용액에 메탄올을 초과하여 2000 배 G에서 용액을 펠렛으로 원심 분리하고 원심 분리 후 P-L-G-A-N-H-S는 SUP 나틴을 버리고 EDC 및 NHS의 흔적을 제거합니다. 메탄올로 세척하는이 절차는 적어도 세 번 반복됩니다.
세척 후가 완료됩니다. P-L-G-A-N-H-S를 진공 상태에서 30분 동안 건조시켜 세척 용액의 흔적을 제거합니다. 이제 빨간색은 PLGA를 용해하는 데 처음에 사용된 것과 동일한 농도로 아세토 NI 시험에서 P-L-G-A-N-H-S 펠릿을 용해시킵니다.
일단 용해됩니다. PLGA 솔루션에 이종 이중 기능 PEG를 추가합니다. 5 밀리 몰의 농도를 추가하십시오.
24시간 후에 계속 교반하면서 혼합물 용액을 24시간 동안 배양합니다. 메탄올을 과도하게 첨가하여 PLGA PEG 블록 공중합체 반응 생성물을 침전시킵니다. 세척 및 원심분리 과정을 수행하고 추가로 3회 수행하여 과도한 불반응성 페그를 모두 제거합니다.
합성 건조의 마지막 단계로, 진공 나노 입자 석출 하에서 PLGA PEG 블록 공중 합체는 PLGA PEG 블록 공중 합체와 A-P-L-G-A 용매에 캡슐화 될 약물을 용해하는 것으로 시작됩니다. 용매의 선택은 나노 입자의 특성에 영향을 미치기 때문에 매우 중요합니다. 그런 다음 고분자 약물 혼합물을 3-10 부피의 교반 물에 적가하여 밀리리터 당 약 3 밀리그램의 최종 고분자 농도를 얻습니다. 드롭와이즈.
수용액을 수성상에 첨가하는 것은 올바른 크기의 나노 입자를 형성하는 데 중요합니다. 감압 하에서 2시간 동안 교반을 계속하여 나노 입자가 자체 조립에 의해 형성되고 유기 용매의 흔적을 제거할 수 있도록 합니다. 2시간 동안 저어준 후.
나노 입자를 Amon 필터를 사용하여 2, 700 배 G에서 10 분 동안 원심 분리하여 농축합니다. 그런 다음 나노 입자를 PBS로 세척하여 포획되지 않은 약물을 제거하고 원심 분리를 수행합니다. 마지막으로, 이 시점에서 PBS에서 나노 입자를 재구성합니다.
크기, 표면 전하 및 약물 로딩 효율을 포함한 기본 생물물리학적 특성 분석을 수행하여 나노 입자의 특성을 더 잘 이해할 수 있습니다. 나노 입자는 PLGA PEG 나노 입자를 특성화하기 위해 서면 프로토콜에 설명 된대로 저장할 수 있습니다 투과 전자 현미경은 나노 입자의 크기, 분포 및 구조를 확인하는 데 사용되었습니다. 입자 크기는 일반적으로 나노미터 범위입니다.
균일하지 않은 크기 분포를 가진 큰 입자 크기는 접합 반응에 오류가 있거나 나노 침전 방법에 최적화가 필요함을 나타낼 수 있습니다. 여기에 표시된 것은 표준 HPLC로 Paclitaxel 로딩 효율 및 방출을 정량화한 약물 방출 역학 연구입니다. 알려진 고정량의 나노 입자를 고정 된 시간 간격으로 투석했다.
투석 장치의 내용물을 수집하고 동일한 부피의 유기 용매를 첨가하여 나노 입자를 용해시켰습니다. 그런 다음 이러한 샘플에 대해 HPLC를 수행했습니다. 파클리탁셀 함량을 정량화하기 위해 이 나노 침전 기술을 마스터하면 3시간 내에 적절하게 수행할 수 있습니다.
이 기술을 수행 할 때는 항상 유기상을 수성상에 천천히 첨가하여 개발 후 큰 입자가 생성되는 것을 방지하십시오. 이 기술은 나노의학 분야의 암 연구자들이 이 절차에 따라 암 환자에서 한때 너무 독성이 강한 것으로 간주된 난용성 약물의 사용을 탐구할 수 있는 길을 열었습니다. 생체 내 효능 연구 또는 이미징 연구와 같은 다른 방법을 수행하여 난용성 약물이 효과적인지, 전신 독성이 더 이상 문제가 되지 않을 때 또는 표적 리간드가 나노 입자를 목적지까지 적절하게 표적으로 삼는지와 같은 질문에 답할 수 있습니다.
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개요
이 기사는 나노 침전 기법을 사용하여 고분자 나노입자를 합성하는 방법을 설명합니다. 주요 초점은 이중 블록 공중합체의 합성과 이들의 약물 전달, 특히 항암 치료제에서의 잠재적 응용에 놓여 있습니다.
주요 연구 요소
과학 분야
- 나노 기술
- 고분자 화학
- 약물 전달 시스템
배경
- 고분자 나노입자는 표적 전달을 위해 약물을 캡슐화할 수 있습니다.
- 이중 블록 공중합체는 이러한 나노입자를 만드는 데 필수적입니다.
- 나노 침전은 이러한 입자를 합성하는 주요 기법입니다.
- 이 방법은 낮은 용해성 약물의 용해도를 향상시킬 수 있습니다.
연구 목적
- 나노 침전 방법을 사용하여 고분자 나노입자를 합성합니다.
- 이러한 나노입자 내 치료제의 캡슐화를 탐색합니다.
- 암 치료에서 이 기법의 잠재력을 평가합니다.
사용된 방법
- A-P-L-G-A PEG 공중합체를 생성하기 위한 E-D-C-N-H-S 반응.
- 나노입자 합성을 위한 나노 침전 기법.
- 크기 특성화를 위한 동적 광 산란.
- 구조 분석을 위한 투과 전자 현미경.
주요 결과
- PLGA PEG 공중합체의 성공적인 합성.
- 나노입자의 특성화는 유리한 크기 및 전하 특성을 보여주었습니다.
- 약물 전달을 위한 캡슐화 효율성을 입증했습니다.
- 항암 치료제 전달에 대한 잠재적 응용.
결론
- 나노 침전 방법은 고분자 나노입자를 합성하는 데 효과적입니다.
- 이 기법은 낮은 용해성 약물의 전달을 개선할 수 있습니다.
- 전체 치료 잠재력을 탐구하기 위해 추가 연구가 필요합니다.
자주 묻는 질문
Executive Industry Relevance
This nanoprecipitation method enables formulation of diblock polymeric nanoparticles for encapsulating poorly soluble therapeutics, addressing a key challenge in oncology drug delivery. By improving solubility and reducing solvent toxicity, the technique supports preclinical evaluation of cytotoxic compounds like paclitaxel and wortmannin. It provides a scalable, reproducible platform for target validation and lead optimization in nanomedicine pipelines.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables formulation of poorly soluble drugs for mechanistic studies of cytotoxic pathways.
- Operational Value: Reduces reliance on toxic solvents like DMSO, improving assay compatibility and cell viability.
- Predictive Value: Supports target de-risking by allowing effective delivery of hydrophobic ligands and inhibitors.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates uniform nanoparticles with tunable size and surface charge for reproducible compound screening.
- Operational Value: Uses simple aqueous nanoprecipitation, enabling high-throughput preparation without specialized equipment.
- Assay Readiness: Delivers consistent drug loading efficiency, critical for dose-response accuracy in phenotypic screening.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Facilitates intracellular trafficking studies via fluorescent dye encapsulation and real-time tracking.
- Operational Value: Allows conjugation of targeting ligands to PEG surface for epitope-specific cellular labeling.
- Translational Continuity: Supports progression from in vitro validation to in vivo efficacy and imaging studies.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within early discovery to preclinical transition, enabling solubilization of lead compounds for functional testing and formulation optimization.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by delivering poorly soluble modulators to interrogate target pathways.
- Screening: Provides reproducible nanoparticle formulations for compound library screening with controlled release.
- Analytics: Enables quantification of size, zeta potential, and encapsulation efficiency via DLS and HPLC.
- Translational Research: Connects to biodistribution and release kinetics studies for therapeutic index evaluation.
- Enterprise Reuse: Platform adaptable across multiple cargos (drugs, dyes, ligands) without reformulation.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Improves predictive confidence by enabling delivery of mechanistically relevant, poorly soluble agents.
- Operational Value: Standardized, solvent-exchange-free process enhances lab-to-lab reproducibility.
- Strategic Value: Reduces attrition due to formulation failure in lead optimization.
- Portfolio Impact: Enables advancement of otherwise undruggable candidates into preclinical testing.
Implementation Considerations
- Requires expertise in polymer conjugation and nanoprecipitation optimization.
- Needs dialysis, centrifugation, and HPLC or DLS for characterization.
- Demands strict control of organic-to-aqueous addition rate to prevent aggregation.
- Must account for polymer batch variability in drug loading and release profiles.
- Limited by hydrophobicity threshold of cargo; highly hydrophilic payloads may not encapsulate efficiently.
