Formulacja dwublokowych nanocząstek polimerowych za pomocą techniki nanoprecypitacji
20 września 2011
Ten artykuł opisuje metodę nanoprecypitacji do syntezy nanocząstek na bazie polimerów za pomocą kopolimerów diblokowych. Omówimy syntezę kopolimerów diblokowych, technikę nanoprecypitacji oraz potencjalne zastosowania.
Ogólnym celem tej procedury jest synteza nanocząstek polimerowych przy użyciu metody nanostrącania. Osiąga się to poprzez przeprowadzenie najpierw reakcji E-D-C-N-H-S w celu wytworzenia kopolimeru A-P-L-G-A PEG. Kopolimer PLGA PEG jest następnie wykorzystywany do generowania nanocząstek, otaczających lek lub ładunek będący przedmiotem zainteresowania poprzez nanowytrącanie.
W tym momencie podstawowa charakterystyka biofizyczna, w tym rozmiar, ładunek powierzchniowy i wydajność ładowania leku, może być przeprowadzona za pomocą dynamicznej mikroskopii elektronowej z transmisyjnym rozpraszaniem światła lub HPLC. Implikacje tej techniki rozciągają się w kierunku terapii nowotworów, ponieważ nanocząstki mogą dostarczać słabo rozpuszczalne terapie przeciwnowotworowe, które mogą być bardziej skuteczne niż obecne metody leczenia. Chociaż ta metoda może zapewnić wgląd w leczenie raka.
Może być również używany do badania innych systemów, takich jak handel komórkowy. Nanocząstki mogą być sprzężone z ligandem celującym i wizualizowane in vivo lub in vi in vitro za pomocą środka do obrazowania demonstrującego tę technikę. Dzisiaj będzie dwóch techników z naszego laboratorium, Rohit Sukumar i Natalie Cummings, Aby rozpocząć syntezę kopolimeru PLGA PEG, rozpuść PLGA, karboksylan w acetonitrylu w stężeniu pięciu milimolowców z delikatnym mieszaniem.
Następnie dodaj wystarczającą ilość NHS i EDC, aby uzyskać stężenie 25 milimolowe, zapewniając pięciokrotny nadmiar metryczny storia w porównaniu z PLGA, delikatnie mieszaj roztwór przez około godzinę, aby umożliwić przekształcenie karboksylanu PLGA w PGA NHS. Po jednej godzinie wytrącić produkt reakcji PGA NHS, dodając roztwór myjący metanol o objętości około 10 razy objętościowej, nadmiar metanolu do roztworu odwirować roztwór o stężeniu 2000 razy G do osadu, P-L-G-A-N-H-S po odwirowaniu wyrzucić natynkę SUP w celu usunięcia śladów EDC i NHS. Ta procedura mycia metanolem jest powtarzana co najmniej trzy razy.
Po zakończeniu prania. Wysuszyć P-L-G-A-N-H-S pod odkurzaczem przez 30 minut, aby usunąć wszelkie ślady roztworu myjącego. Teraz na czerwono rozpuść pastylkę P-L-G-A-N-H-S w próbie aceto NI w tym samym stężeniu, które zostało pierwotnie użyte do rozpuszczenia PLGA.
Po rozpuszczeniu. Dodaj hetero bifunkcyjny PEG do rozwiązania PLGA. Dodać stężenie pięciu milimolów.
Inkubować roztwór mieszaniny przez 24 godziny, ciągle mieszając po 24 godzinach. Wytrącić produkt reakcji kopolimeru blokowego PLGA PEG, dodając w nadmiarze metanol. Wykonaj proces mycia i wirowania oraz dodatkowe trzy razy, aby usunąć nadmiar niereaktywnego kołka.
Ostatnim etapem syntezy jest suszenie kopolimeru blokowego PLGA PEG w próżni w postaci nanocząstek, wytrącanie rozpoczyna się od rozpuszczenia kopolimeru blokowego PLGA PEG i leku, który ma być kapsułkowany w rozpuszczalniku A-P-L-G-A. Wybór rozpuszczalnika ma kluczowe znaczenie, ponieważ wpływa na właściwości nanocząstki. Następnie dodaj mieszaninę leków polimerowych, kroplami do trzech do 10 objętości mieszającej wody, aby uzyskać końcowe stężenie polimeru około trzech miligramów na mililitr. Kroplowo.
Dodanie roztworu organicznego do fazy wodnej ma kluczowe znaczenie dla wytworzenia nanocząstek o odpowiedniej wielkości. Kontynuuj mieszanie przez dwie godziny pod zmniejszonym ciśnieniem, aby umożliwić utworzenie się nanocząstek w wyniku samoorganizacji i usunąć ślady rozpuszczalnika organicznego. Po dwóch godzinach mieszania.
Zagęścić nanocząstki przez odwirowanie w temperaturze 2 700 razy G przez 10 minut przy użyciu filtra Amon. Następnie przemyj nanocząstki PBS, aby usunąć wszelkie nieuwięzione narkotyki, a następnie odwiruj. Na koniec rozpuść nanocząstki w PBS W tym momencie.
Podstawowa charakterystyka biofizyczna, w tym rozmiar, ładunek powierzchniowy i wydajność ładowania leku, może być przeprowadzona w celu lepszego zrozumienia właściwości nanocząstek. Nanocząstki mogą być przechowywane zgodnie z opisem w pisemnym protokole w celu scharakteryzowania transmisyjnej mikroskopii elektronowej nanocząstek PLGA PEG w celu potwierdzenia rozmiaru, rozmieszczenia i struktury nanocząstek. Wielkość cząstek mieści się na ogół w zakresie nanometrów.
Duże rozmiary cząstek o nierównomiernym rozkładzie wielkości mogą wskazywać albo na błąd w reakcji koniugacji, albo na to, że metoda nanostrącania wymaga optymalizacji. Pokazano tutaj badanie kinetyczne uwalniania leku, w którym wydajność ładowania i uwalniania paklitakselu określono ilościowo za pomocą standardowej HPLC. Znane stałe ilości nanocząstek były dializowane w ustalonych odstępach czasu.
Pobrano zawartość w jednostce dializy i dodano równą objętość rozpuszczalnika organicznego w celu rozpuszczenia nanocząstek. Następnie przeprowadzono HPLC na tych próbkach. Aby określić ilościowo zawartość paklitakselu, po opanowaniu, tę technikę nano wytrącania można prawidłowo wykonać w ciągu trzech godzin.
Pamiętaj, wykonując tę technikę, aby zawsze powoli dodawać fazę organiczną do fazy wodnej, aby zapobiec powstawaniu dużych cząstek po jej rozwoju. Technika ta utorowała drogę naukowcom zajmującym się nowotworami w dziedzinie nanomedycyny do zbadania możliwości stosowania słabo rozpuszczalnych leków, które kiedyś uważano za zbyt toksyczne u pacjentów z rakiem po tej procedurze. Inne metody, takie jak badania skuteczności in vivo lub badania obrazowe, mogą być przeprowadzone w celu uzyskania odpowiedzi na pytania, takie jak to, czy słabo rozpuszczalne leki są skuteczne, gdy toksyczność ogólnoustrojowa nie stanowi już problemu, lub czy celowanie w ligandy jest prawidłowo ukierunkowane na nanocząstki do ich miejsca przeznaczenia.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
Ten artykuł opisuje metodę syntezy polimerowych nanocząstek za pomocą techniki nanoprecipitation. Koncentruje się na syntezie kopolimerów diblock oraz ich potencjalnych zastosowaniach w dostarczaniu leków, szczególnie w terapii przeciwnowotworowej.
Kluczowe elementy badania
Obszar nauki
- Nanotechnologia
- Chemia polimerów
- Systemy dostarczania leków
Tło
- Polimerowe nanocząstki mogą wpakowywać leki do ukierunkowanego dostarczania.
- Kopolimery diblock są niezbędne do tworzenia tych nanocząstek.
- Nanoprecipitation jest kluczową techniką do syntezy tych cząstek.
- Ta metoda może poprawić rozpuszczalność leków o niskiej rozpuszczalności.
Cel badania
- Syntezy polimerowych nanocząstek za pomocą metody nanoprecipitation.
- Zbadania wpakowywania środków terapeutycznych w te nanocząstki.
- Oceny potencjału tej techniki w terapii raka.
Zastosowane metody
- Reakcja E-D-C-N-H-S do wygenerowania kopolimeru PEG A-P-L-G-A.
- Technika nanoprecipitation do syntezy nanocząstek.
- Dynamika rozpraszania światła do charakteryzacji wielkości.
- Mikroskopia elektronowa transmisyjna do analizy strukturalnej.
Główne wyniki
- Udana synteza kopolimeru PLGA PEG.
- Charakteryzacja nanocząstek wykazała korzystne właściwości wielkości i ładunku.
- Wykazano efektywność wpakowywania leków.
- Potencjalne zastosowania w dostarczaniu leków przeciwnowotworowych.
Wnioski
- Metoda nanoprecipitation jest skuteczna w syntezie polimerowych nanocząstek.
- Ta technika może poprawić dostarczanie leków o niskiej rozpuszczalności.
- Potrzebne są dalsze badania, aby zbadać pełny potencjał terapeutyczny.
Często zadawane pytania
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.
