In dit protocol worden doxorubicine-geladen AS1411-g-PEI-g-PEG gemodificeerde gouden nanodeeltjes gesynthetiseerd via driestapsamidereacties. Vervolgens wordt doxorubicine geladen en afgeleverd om kankercellen te targeten voor kankertherapie.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
In dit protocol worden doxorubicine-geladen AS1411-g-PEI-g-PEG gemodificeerde gouden nanodeeltjes gesynthetiseerd via driestapsamidereacties. Vervolgens wordt doxorubicine geladen en afgeleverd om kankercellen te targeten voor kankertherapie.
Vanwege resistentie en toxiciteit van geneesmiddelen in gezonde cellen is het gebruik van doxorubicine (DOX) beperkt in klinische kankertherapie. Dit protocol beschrijft het ontwerpen van poly(ethyleenimine) geënt met polyethyleenglycol (PEI-g-PEG) copolymeer gefunctionaliseerde gouden nanodeeltjes (AuNPs) met geladen aptamer (AS1411) en DOX door middel van amidereacties. AS1411 is specifiek gebonden met gerichte nucleolin receptoren op kankercellen, zodat DOX zich richt op kankercellen in plaats van gezonde cellen. Eerst wordt PEG carboxyleerd en vervolgens geënt op vertakte PEI om een PEI-g-PEG-copolymeer te verkrijgen, wat wordt bevestigd door 1H NMR-analyse. Vervolgens worden PEI-g-PEG copolymeer gecoate gouden nanodeeltjes (PEI-g-PEG@AuNPs) gesynthetiseerd en worden DOX en AS1411 geleidelijk via amidereacties covalent aan AuNPs gebonden. De diameter van de voorbereide AS1411-g-DOX-g-PEI-g-PEG@AuNPs is ~39,9 nm, met een zetapotentiaal van -29,3 mV, wat aangeeft dat de nanodeeltjes stabiel zijn in water en celmedium. Celcytotoxiciteitstesten tonen aan dat de nieuw ontworpen DOX geladen AuNPs kankercellen kunnen doden (A549). Deze synthese toont de delicate opstelling van PEI-g-PEG copolymeren, aptamers en DOX op AuNPs die worden bereikt door sequentiële amidereacties. Dergelijke aptamer-PEI-g-PEG gefunctionaliseerde AuNPs bieden een veelbelovend platform voor gerichte medicijnafgifte in kankertherapie.
Omdat kanker wereldwijd het grootste volksgezondheidsprobleem is, wordt kanker algemeen gekenmerkt als een laag genezingspercentage, een hoog recidiefpercentage en een hoogsterftecijfer 1,2. De huidige conventionele antikankermethoden omvatten chirurgie, chemotherapie en radiotherapie3, waaronder chemotherapie de primaire behandeling is voor kankerpatiënten in de kliniek4. Klinisch gebruikte geneesmiddelen tegen kanker omvatten voornamelijk paclitaxel (PTX)5 en doxorubicine (DOX)6,7. DOX, een antineoplastisch geneesmiddel, is breed toegepast in klinische chemotherapie, vanwege de voordelen van kankercytotoxiciteit en remming van de proliferatie van kankercellen8,9. DOX veroorzaakt echter cardiotoxiciteit10,11, en de korte halfwaardetijd van DOX beperkt de toepassing ervan in de kliniek12. Daarom zijn afbreekbare medicijndragers nodig om DOX te laden en op een gecontroleerde manier op een gecontroleerde manier vrij te geven naar een gericht gebied.
Nanodeeltjes zijn veel gebruikt in gerichte systemen voor het afleveren van geneesmiddelen en hebben verschillende voordelen bij de behandeling van kanker (d.w.z. een aanzienlijke oppervlakte-volumeverhouding, kleine grootte, vermogen om verschillende geneesmiddelen in te kapselen, en afstembare oppervlaktechemie, enz.) 13,14,15. In het bijzonder zijn gouden nanodeeltjes (AuNPs) veel gebruikt in biologische en biomedische toepassingen, zoals fotothermische kankertherapie16,17. De unieke eigenschappen van AuNPs, zoals facile synthese en algemene oppervlakte functionalisatie, hebben uitstekende vooruitzichten op het klinische gebied van kankertherapie18. Ook, AuNPs zijn gebruikt om drug levering strategieën te identificeren, tumoren te diagnosticeren, en weerstand te overwinnen in vele studies19,20.
Desondanks moeten AuNP's verder worden aangepast om de resistentie tegen geneesmiddelen te overwinnen via een hoge lokale afgifte bij tumorlaesies door verbeterde permeatie en retentie (EPR), zoals de targeting- en toegankelijkheidseigenschappen. Polymeer gefunctionaliseerde AuNPs hebben unieke voordelen, zoals verbeterde oplosbaarheid in water van hydrofobe antikanker drugs en verlengde circulatie tijd21,22. Verschillende biocompatibele polymeren zijn gebruikt voor AuNP-coatings, zoals polyethyleenglycol (PEG), polyethyleenimine (PEI), hyaluronzuur, heparine en xanthaangom. Dan wordt de stabiliteit, evenals de lading, van AuNPs goed verbeterd23. Pei is een sterk vertakt polymeer dat bestaat uit vele herhalende eenheden van primaire, secundaire en tertiaire aminen24. PEI heeft een uitstekende oplosbaarheid, lage viscositeit en een hoge mate van functionaliteit, die geschikt is voor coating op AuNPs.
Aan de andere kant moeten antikankermedicijnen rechtstreeks aan kankercellen worden geleverd met een verbeterde laadefficiëntie en met een lagere toxiciteit voor de behandeling van primaire en gevorderde gemetastaseerde tumoren25. Gerichte liganden hebben een groot potentieel voor anti-kanker geneesmiddel gerichte toedieningssystemen26. De selectiviteit voor doelmolecuulbinding verleent antikankermedicijnen die gericht zijn op specificiteit en verhoogt de verrijking van geneesmiddelen in zieke weefsels27. Meer liganden omvatten antilichamen, polypeptiden en kleine moleculen. In vergelijking met andere liganden kunnen nucleïnezuur aptamers in vitro worden gesynthetiseerd en zijn ze gemakkelijk aan te passen. AS1411 is een ongewijzigd fosfodiëster oligonucleotide van 26 bp dat een stabiele dimerische G-tetramerstructuur vormt om zich specifiek te binden aan een overexpressie van nucleaire eiwitreceptor op kankercellen28,29,30. AS1411 remt de proliferatie van veel kankercellen , maar heeft geen invloed op de groei van gezonde cellen31,32. Als gevolg hiervan is AS1411 gebruikt om een ideaal gericht medicijnafgiftesysteem te fabriceren.
In deze studie wordt een PEI-g-PEG copolymeer gesynthetiseerd via een amidereactie, waarna PEI-g-PEG copolymeer gecoate gouden nanodeeltjes (PEI-g-PEG@AuNPs) worden vervaardigd. Bovendien zijn DOX en AS1411 opeenvolgend gekoppeld aan de voorbereide PEI-g-PEG@AuNPs, zoals weergegeven in figuur 1. Dit gedetailleerde protocol is bedoeld om onderzoekers te helpen veel van de gemeenschappelijke valkuilen te vermijden die verband houden met de fabricage van nieuwe PEI-g-PEG@AuNPs geladen met DOX en AS1411.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
LET OP: Zorg ervoor dat u alle relevante materiaalveiligheidsinformatiebladen (MSDS) raadpleegt voordat u alle chemicaliën gebruikt. Verschillende chemicaliën die worden gebruikt voor de bereiding van copolymeer en nanodeeltjes zijn acuut giftig. Nanodeeltjes hebben ook potentiële gevaren. Zorg ervoor dat u alle geschikte veiligheidspraktijken en persoonlijke beschermingsmiddelen gebruikt, waaronder handschoenen, laboratoriumjas, kappen, broeken over de hele lengte en schoenen met een dichte tenen.
1. Synthese van dubbelcarboxyl polyethyleenglycol (CT-PEG)33
2. Synthese van PEI-g-PEG copolymeer
3. Synthese van PEI-g-PEG@AuNPs
4. Synthese van DOX-g-PEI-g-PEG@AuNPs
5. Synthese van AS1411-g-DOX-g-PEI-g-PEG@AuNPs
6. Voorbeeldkarakterisering
7. CCK-8 test van AS1411-g-DOX-g-PEI-g-PEG@AuNPs nanodeeltjes
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
1 H NMR-spectroscopie werd gebruikt om de succesvolle synthese van CT-PEG-polymeer en PEI-g-PEG-copolymeren te bevestigen (figuur 2). Figuur 2a toont aan dat het methyleenprotonsignaal bij δ = 3,61 ppm en carboxylprotonsignaal bij δ = 2,57 ppm de succesvolle synthese van CT-PEG-polymeren bevestigen. Figuur 2b toont aan dat het methyleenprotonsignaal van PEG bij δ = 2,6 ppm en protonsignaal van P...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Het 1H NMR spectrum (Figuur 2) bevestigt de succesvolle synthese van CT-PEG copolymeer en PEI-g-PEG copolymeer. De molecuulgewichten van PEG en PEI waren respectievelijk 1.000 en 1.200. Bovendien werd het EDC/NHS-katalytische systeem gebruikt om PEI-g-PEG-copolymeer te synthetiseren via amidereacties. Opgemerkt moet worden dat als de molecuulgewichten van PEG en PEI veranderen voor het synthetiseren van PEI-g-PEG-copolymeer, de reactietijd en het katalytische systeem opnieuw moete...
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
De auteurs hebben niets bekend te maken.
Dit onderzoek werd gefinancierd door de National Natural Science Foundation of China (31700840); het belangrijkste wetenschappelijke onderzoeksproject van de provincie Henan (18B430013, 18A150049). Dit onderzoek werd ondersteund door het Nanhu Scholars Program for Young Scholars van XYNU. De auteurs willen bachelorstudent Zebo Qu van het College of Life Sciences in XYNU bedanken voor zijn nuttige werken. De auteurs willen graag het Analysis & Testing Center van XYNU erkennen voor het gebruik van hun apparatuur.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 4-Dimethylaminopyridine | Macklin | D807273 | |
| A549-cel | ATCC CCL-185TM | ||
| AS1411 | BBI Life Sciences Corporation | 5'-d (TTTGGTGGTGGTGGTTGTGGTGGTGGTGG) FL-AS1411 (fluorofoor-gelabeld AS1411) | |
| Watervrij tetrahydrofuraan (THF) | SinoPharm Chemical Reagent Co., Ltd | ||
| Celtellingskit-8 (CCK-8) | Sigma Aldrich | 96992-500TESTS-F | |
| Dichloormethaan | Traditionele Chinese geneeskunde | 80047318 | |
| Di-ethylether (Et2O) | SinoPharm Chemical Reagent Co., Ltd | ||
| Dimethylsulfoxide | Macklin | D806645 | |
| Dulbecco's aangepast Eaglesmedium (DMEM) | Sigma Aldrich | ||
| Doxorubicine hydrochloride | Rhawn | R017518 | |
| Absolute ether | Traditionele Chinese geneeskunde | 80059618 | |
| Velduitstoottransmissie-elektronenmicroscoop | FEI Company | Tecnai G2 F 20 | |
| Goud(III)chloride trihydraat | Rhawn | R016035 | |
| Laserdeeltjesgrootte-instrument | Malvern Instruments Ltd | ZetasizerNanoZS/Masterszer3000E | |
| Microplaatlezer | Molecular Devices | SpectraMax 190 | |
| N-(3-Dimethylaminopropyl)-N'-ethylcarbodiimide hydrochloride | Macklin | N808856 | |
| N-Hydroxysuccinimide | Macklin | H6231 | |
| NMR-software | Delta 5.2.1 | ||
| Kernspinresonantiespectrometer | JEOL | JNM-ECZ600R/S3 | |
| Origin 8.5 | OriginLab | ||
| Penicilline | Sigma Aldrich | V900929-100ML | |
| Fosfaatgebufferde zoutoplossing | Sigma Aldrich | P4417-100TAB | |
| Poly(ethyleenglycol) | Sigma Aldrich | 81188 | BioUltra, gemiddelde Mn ~ 1000 |
| Poly (ethyleenimine) oplossing | Sigma Aldrich | 482595 | gemiddelde Mn ~ 1200, 50 wt.% in H2O |
| Natriumborohydried, poeder | Acros | C18930 | |
| Streptomycine | Sigma Aldrich | 85886-10ML | |
| Bernsteenzuuranhydride | Traditionele Chinese geneeskunde | 30171826 | |
| Tetrahydrofuraan | Traditionele Chinese geneeskunde | 40058161 | |
| Triethylamine | Traditionele Chinese geneeskunde | 80134318 | |
| UV/VIS/NIR-spectrometer | Lambda950 | Lambda950 | |
| Röntgenfoto-elektronenspectrometer | Thermo Fisher Scientific | K-ALPHA 0.5EV |
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.