Formulering van diblok polymere nanodeeltjes door middel van Nanoprecipitation Techniek
20 september 2011
Dit artikel beschrijft een methode om nanoprecipitation op basis van polymeren nanodeeltjes door middel van diblok co-polymeren te synthetiseren. Bespreken we de synthese van diblok co-polymeren, de nanoprecipitation techniek en mogelijke toepassingen.
Het algemene doel van deze procedure is het synthetiseren van polymere nanodeeltjes met behulp van een nanoprecipitatiemethode. Dit wordt bereikt door eerst een E-D-C-N-H-S-reactie uit te voeren om A-P-L-G-A PEG-copolymeer te genereren. Het PLGA PEG-copolymeer wordt vervolgens gebruikt om nanodeeltjes te genereren, waarbij het geneesmiddel of de belangrijke lading wordt geëncapsuleerd door middel van nanoprecipitatie.
Op dit punt kan een basis biofysische karakterisering, inclusief grootte, oppervlaktelading en geneesmiddelladingenefficiëntie worden uitgevoerd door dynamisch lichtverstrooiing, transmissie-elektronenmicroscopie of HPLC. De implicaties van deze techniek reiken tot de therapie van tumoren omdat de nanodeeltjes slecht oplosbare anti-kanker therapeutischa kunnen afleveren, die mogelijk effectiever zijn dan huidige behandelingen. Hoewel deze methode inzicht kan bieden in kankerbehandeling.
Het kan ook worden gebruikt om andere systemen zoals cellulaire trafficking te bestuderen. De nanodeeltjes kunnen worden geconjugeerd met een targeting-ligand en in vivo of in vitro worden gevisualiseerd door gebruik te maken van een beeldvormingsmiddel dat de techniek aantoont. Vandaag zullen er twee technici van ons laboratorium zijn, Rohit Sukumar en Natalie Cummings, Om te beginnen met de synthese van het PLGA PEG-copolymeer, lost u PLGA, carboxylaat op in acetonitril bij een concentratie van vijf millimolair met voorzichtig roeren.
Voeg vervolgens voldoende NHS en EDC toe om concentraties van 25 millimolair te verkrijgen, wat een vijf X-storische overmaat is in vergelijking met PLGA, roer de oplossing voorzichtig ongeveer een uur lang om de PLGA-carboxylaat om te zetten in PGA NHS. Na een uur, precipiteer het PGA NHS-reactieproduct door de wasoplossing met methanol toe te voegen bij ongeveer 10 keer het volume, overtollig methanol in de oplossing centrifugeert u de oplossing bij 2000 keer G om het P-L-G-A-N-H-S te pelleten. Na centrifugatie gooit u de SUP natin weg om de sporen van EDC en NHS te verwijderen. Deze wasprocedure met methanol wordt minstens drie keer herhaald.
Nadat het wassen voltooid is. Droog de P-L-G-A-N-H-S onder vacuüm gedurende 30 minuten om alle sporen van de wasoplossing te verwijderen. Los nu het P-L-G-A-N-H-S-pellet op in aceto NI-trial bij dezelfde concentratie die aanvankelijk werd gebruikt om de PLGA op te lossen.
Eenmaal opgelost. Voeg heterobifunctioneel PEG toe aan de PLGA-oplossing. Voeg een concentratie van vijf millimolair toe.
Incubeer de gemengde oplossing gedurende 24 uur met constant roeren na 24 uur. Precipiteer het PLGA PEG-blokcopolymeerreactieproduct door methanol in overmaat toe te voegen. Voer het wassen en centrifugeren proces en drie extra keer uit om alle overtollige niet-reactieve peg te verwijderen.
Als laatste stap in de synthese droogt u het PLGA PEG-blokcopolymeer onder vacuüm. Nanodeeltjeprecipitatie begint met het oplossen van het PLGA PEG-blokcopolymeer en het te ëncapsuleren geneesmiddel in A-P-L-G-A-oplosmiddel. De keuze van het oplosmiddel is cruciaal omdat het de eigenschappen van het nanodeeltje beïnvloedt. Voeg vervolgens het polymeer-geneesmiddelmengsel toe, druppelsgewijs, aan drie tot 10 volumes roerend water om een uiteindelijke polymeerconcentratie van ongeveer drie milligram per milliliter te verkrijgen. Druppelsgewijs.
Het toevoegen van de organische oplossing aan de waterige fase is cruciaal voor het vormen van nanodeeltjes van de juiste grootte. Blijf twee uur roeren onder verlaagde druk om de nanodeeltjes te laten vormen door zelfassemblage en verwijder sporen van het organische oplosmiddel. Na twee uur roeren.
Concentreer de nanodeeltjes door middel van centrifugatie bij 2.700 keer G gedurende 10 minuten met behulp van een Amon-filter. Was vervolgens de nanodeeltjes met PBS om alle niet-gevange geneesmiddel te verwijderen en volg door centrifugatie. Reconstitueer tenslotte de nanodeeltjes in PBS op dit punt.
Basis biofysische karakterisering, inclusief grootte, oppervlaktelading en geneesmiddelladingenefficiëntie kan worden uitgevoerd om de eigenschappen van de nanodeeltjes beter te begrijpen. De nanodeeltjes kunnen worden opgeslagen zoals beschreven in het geschreven protocol om de PLGA PEG-nanodeeltjes te karakteriseren. Transmissie-elektronenmicroscopie werd gebruikt om de grootte, verdeling en structuur van de nanodeeltjes te bevestigen. De deeltjesgrootte bevindt zich over het algemeen in de nanometerbereik.
Grote deeltjesgroottes met ongelijke grootteverdelingen kunnen duiden op een fout in de conjugatiereactie of dat de nanoprecipitatiemethode optimalisatie nodig heeft. Hier is een studie van de kinetiek van geneesmiddelafgifte getoond waarbij de paclitaxelladingsefficiëntie en afgifte werden gekwantificeerd met standaard HPLC. Bekende vaste hoeveelheden van de nanodeeltjes werden gedurende vaste tijdsintervallen gedialyseerd.
De inhoud in de dialyse-eenheid werd verzameld en een gelijk volume organische oplosmiddel werd toegevoegd om de nanodeeltjes op te lossen. HPLC werd vervolgens uitgevoerd op deze monsters. Om de paclitaxelinhoud te kwantificeren, Eenmaal onder de knie, kan deze nanoprecipitatietechniek goed in drie uur worden uitgevoerd.
Onthoud bij het uitvoeren van deze techniek altijd om de organische fase langzaam toe te voegen aan de waterige fase om te voorkomen dat er grote deeltjes worden gevormd na de ontwikkeling ervan. Deze techniek heeft de weg gebaand voor kankeronderzoekers op het gebied van nanogeneeskunde om het gebruik van slecht oplosbare geneesmiddelen te verkennen die ooit als te giftig werden beschouwd bij kankerpatiënten na deze procedure. Andere methoden, zoals in vivo-effectiviteitsstudies of beeldvormingsstudies, kunnen worden uitgevoerd om vragen te beantwoorden, zoals of slecht oplosbare geneesmiddelen effectief zijn, wanneer systemische toxiciteit niet langer een probleem is, of targeting-liganden nanodeeltjes correct naar hun bestemming richten.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel beschrijft een methode voor het synthetiseren van polymere nanodeeltjes met behulp van een nanoprecipitatietechniek. De focus ligt op de synthese van diblock co-polymeren en hun potentiële toepassingen in geneesmiddelafgifte, met name voor anti-kanker therapieën.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Nanotechnologie
- Polymeerchemie
- Geneesmiddelafgiftesystemen
Achtergrond
- Polymere nanodeeltjes kunnen geneesmiddelen inkapselen voor gerichte afgifte.
- Diblock co-polymeren zijn essentieel voor het creëren van deze nanodeeltjes.
- Nanoprecipitatie is een belangrijke techniek voor het synthetiseren van deze deeltjes.
- Deze methode kan de oplosbaarheid van slecht oplosbare geneesmiddelen verbeteren.
Doel van het onderzoek
- Om polymere nanodeeltjes te synthetiseren met behulp van een nanoprecipitatiemethode.
- Om de inkapsling van therapeutische middelen binnen deze nanodeeltjes te onderzoeken.
- Om het potentieel van deze techniek in kankertherapie te evalueren.
Gebruikte methoden
- E-D-C-N-H-S reactie om A-P-L-G-A PEG copolymeer te genereren.
- Nanoprecipitatietechniek voor nanodeeltjesynthese.
- Dynamische lichtverstrooiing voor groottekarakterisering.
- Transmissie-elektronenmicroscopie voor structurele analyse.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle synthese van PLGA PEG copolymeer.
- Karakterisering van nanodeeltjes toonde gunstige grootte- en ladingseigenschappen.
- Aangetoonde inkapslingsefficiëntie voor geneesmiddelafgifte.
- Potentiële toepassingen bij het afgeven van anti-kanker therapeutische middelen.
Conclusies
- De nanoprecipitatiemethode is effectief voor het synthetiseren van polymere nanodeeltjes.
- Deze techniek kan de afgifte van slecht oplosbare geneesmiddelen verbeteren.
- Er is verder onderzoek nodig om het volledige therapeutische potentieel te onderzoeken.
Veelgestelde vragen
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.
