Name: Modulowanie kształtu polimeromów na bazie poliestru za pomocą ciśnienia osmotycznego (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-04-21T15:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 1 s
Description: Poznaj metodę wydłużania polimeromów za pomocą ciśnienia osmotycznego w celu poprawy dostarczania leków. Technika ta umożliwia jednoczesne transportowanie leków hydrofobowych i hydrofilowych oraz pokonywanie bariery krew-mózg.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ten projekt został częściowo sfinansowany przez National Institutes of Health Project numer 5P20GM103499-19 poprzez Program Projektów Badawczych Zainicjowanych przez Studentów. Praca ta była również częściowo wspierana przez Clemson's Creative Inquiry Program. Wyrażamy również uznanie dla Nicholasa L'Amoreaux i Aon Ali, którzy początkowo pracowali nad stworzeniem tego protokołu, publikując swój pierwszy artykuł cytowany tutaj14.

1. Sferyczne tworzenie polimeromów metodą iniekcji rozpuszczalnika
<ol>
	<li>Rozpuszczanie poliestrów w rozpuszczalniku organicznym 
	UWAGA: Tylko jeden poliester powinien być rozpuszczony w odpowiednim rozpuszczalniku organicznym na raz, aby utworzyć polimerosomy.
	<ol>
		<li>Poliestry PEG-PLA lub PEG-b-poli(kwas mlekowo-ko-glikolowy) (PEG-PLGA) rozpuścić w dimetylosulfotlenku (DMSO) w stężeniu 1,5% wagowo. W szczególności rozpuść 0,015 g wybranego poliestru w 1 ml DMSO (15 mg/ml). Całkowite rozpuszczenie polimeru może wymagać okresów do 15 minut wirowania.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Podczas gdy poliester rozpuszcza się w rozpuszczalniku organicznym, ustaw aparat do wstrzykiwania rozpuszczalnika zgodnie z <silna klasa = "xfig" > Rysunek 1.
	<ol>
		<li>Umieścić płytkę mieszającą bezpośrednio pod pionową pompą strzykawkową. Umieść szklaną fiolkę o pojemności 5 ml z 1 ml wody dejonizowanej typu II i miniaturowym mieszadłem na mieszadle.</li>
		<li>Wyreguluj wysokość pompy strzykawkowej tak, aby końcówka igły była całkowicie zanurzona w wodzie dejonizowanej typu II.</li>
		<li>Ustawić szybkość infuzji pompy strzykawkowej na 5 μl/min. 
		UWAGA: Jeśli używana jest pompa strzykawkowa o małej objętości, adapter ze strzykawką można ustawić na stojaku pierścieniowym. Jeśli używana jest pompa strzykawkowa o dużej objętości, pompę można umieścić pionowo na podnośniku laboratoryjnym, aby wyregulować wysokość.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wykonać wstrzyknięcie rozpuszczalnika, pobierając rozpuszczalnik organiczny i roztwór poliestru (krok 1.1.1) do igły 27 G o długości igły 1/2".
	<ol>
		<li>Umieścić igłę w pompie strzykawkowej i upewnić się, że jest całkowicie zabezpieczona. Wyregulować blok popychacza tak, aby dotykał końca tłoka strzykawki.</li>
		<li>Uruchom płytkę mieszającą tak, aby woda wirowała z prędkością 100 obr./min, a następnie uruchom pompę strzykawkową.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Gdy pompa strzykawkowa całkowicie wprowadzi rozpuszczalnik organiczny i polimer do wody mieszającej, wyjmij z mieszadła i zakryj szklaną fiolkę.</li>
	<li>Scharakteryzuj polimeromy za pomocą dynamicznego rozpraszania światła (DLS).
	<ol>
		<li>Weź 1 ml wody, teraz z niewielkim procentem rozpuszczalnika organicznego i polimeru, i umieść w kuwecie o pojemności 1 ml.</li>
		<li>Korzystając z ustawień z Tabeli 1, wykonaj DLS, umieszczając kuwetę o pojemności 1 ml w systemie i skonfiguruj przebieg. Odczytaj i zbierz wskaźnik średnicy i polidyspersyjności (PDI) ważony intensywnością polimeromu. 
		UWAGA: Plastikowa kuweta działa w tym przypadku dobrze, ponieważ ilość rozpuszczalnika organicznego jest bardzo niska. Jednak szklana kuweta sprawdzi się również, jeśli istnieją jakiekolwiek wątpliwości.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Potwierdź tworzenie się sferycznego polimeromu za pomocą transmisyjnej mikroskopii elektronowej (TEM) i skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM).
	<ol>
		<li>Zoptymalizuj protokoły TEM i SEM w oparciu o dostępny sprzęt. Reprezentatywne wyniki uzyskano przy napięciu 120 kV w TEM i 5,0 kV w SEM.</li>
		<li>Jeśli polimeromy nie są widoczne za pomocą EM, nałóż octan uranylu jako barwnik tła. 
		UWAGA: Szczegółowe informacje na temat obrazowania TEM i SEM dla modulacji kształtu polimeromów na bazie poliestru można znaleźć w reference14. Informacje na temat technik mikroskopii elektronowej dla miękkich nanocząstek są szczegółowo opisane w reference16.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Dializa w celu usunięcia rozpuszczalnika organicznego
<ol>
	<li>Umyć membranę dializacyjną o natężeniu 300 kDa zgodnie z protokołami dostarczonymi przez producenta.</li>
	<li>Dodać 1 ml roztworu polimeromu do zbiornika urządzenia do dializy.</li>
	<li>Umieścić urządzenie do dializy w zlewce o pojemności 250 ml ze 150 ml wody dejonizowanej typu II na płytce mieszającej. Ustawić mieszadło na prędkość pozwalającą na delikatne przesuwanie urządzenia do dializy i pozostawić na noc do wymieszania. 
	UWAGA: Jeśli podczas dializy powstanie wir, prędkość należy zmniejszyć.</li>
	<li>Po zakończeniu dializy należy wyekstrahować 1 ml roztworu polimeromu z urządzenia do dializy. Scharakteryzować roztwór polimeromu, postępując zgodnie z krokiem 1.5. 
	UWAGA: Zebranie tych informacji jest istotne dla określenia powodzenia protokołu modulacji kształtu, ponieważ powinno być w stanie zidentyfikować wzrost PDI, jeśli polimerom został wydłużony.</li>
</ol>
3. Dializa w stosunku do gradientów soli
<ol>
	<li>Utworzyć 150 ml żądanego buforu soli o stężeniu chlorku sodu 50 mM, 100 mM lub 200 mM w oparciu o końcowe pożądane właściwości polimerowe. Ogólnie rzecz biorąc, zwiększone stężenie soli prowadzi do zwiększonego wydłużenia polimeromów.</li>
	<li>Weź roztwór polimeromu, który był dializowany i scharakteryzowany, i umieść go ponownie w urządzeniu do dializy. Umieścić załadowany przyrząd do dializy w 150 ml żądanego roztworu soli i pozostawić do delikatnego mieszania przez 18 godzin 
	UWAGA: Polimeromy z modulacją kształtu mogą być przechowywane i zachowują swój kształt w roztworze izotonicznym przez okres do 7 dni.</li>
</ol>
4. Charakterystyka polimerosomu z modulacją kształtu
<ol>
	<li>Po modulacji kształtu należy przeprowadzić charakterystykę polimeromów za pomocą DLS, TEM i SEM. Jeśli polimeromy nie są widoczne za pomocą EM, nałóż octan uranylu jako barwnik tła.</li>
	<li>Wykonaj pomiary DLS zgodnie z opisem w kroku 1.5, zwracając szczególną uwagę na pomiary PDI w porównaniu ze sferycznymi polimeromami, ponieważ zmiana PDI sugeruje efektywną zmianę kształtu polimeromów.</li>
	<li>Należy zapewnić stosowanie odpowiednich kontroli do obrazowania, zwłaszcza polimeromów bez modulacji kształtu, aby zapewnić powodzenie metody.</li>
</ol>

<ol><li>Varma, L. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+advances+in+self-assembled+nanoparticles+for+drug+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Drug+Delivery%22%5BJournal%5D)">Recent advances in self-assembled nanoparticles for drug delivery.</a> Current Drug Delivery. 17 (4), 279-291 (2020).</li>
<li>Salatin, S., Maleki Dizaj, S., Yari Khosroushahi, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+the+surface+modification%2C+size%2C+and+shape+on+cellular+uptake+of+nanoparticles%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Biology+International%22%5BJournal%5D)">Effect of the surface modification, size, and shape on cellular uptake of nanoparticles.</a> Cell Biology International. 39 (8), 881-890 (2015).</li>
<li>Baio, J. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reversible+activation+of+pH-sensitive+cell+penetrating+peptides+attached+to+gold+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Communications%22%5BJournal%5D)">Reversible activation of pH-sensitive cell penetrating peptides attached to gold surfaces.</a> Chemical Communications. 51 (2), 273-275 (2015).</li>
<li>Zhou, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mesoporous+silica+nanoparticles+for+drug+and+gene+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Pharmaceutica+Sinica+B%22%5BJournal%5D)">Mesoporous silica nanoparticles for drug and gene delivery.</a> Acta Pharmaceutica Sinica B. 8 (2), 165-177 (2018).</li>
<li>Champion, J. A., Mitragotri, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Role+of+target+geometry+in+phagocytosis%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences+of+the+United+States+of+America%22%5BJournal%5D)">Role of target geometry in phagocytosis.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 103 (13), 4930-4934 (2006).</li>
<li>Banerjee, A., Qi, J., Gogoi, R., Wong, J., Mitragotri, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Role+of+nanoparticle+size%2C+shape+and+surface+chemistry+in+oral+drug+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Controlled+Release%22%5BJournal%5D)">Role of nanoparticle size, shape and surface chemistry in oral drug delivery.</a> Journal of Controlled Release. 238, 176-185 (2016).</li>
<li>Kolhar, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Using+shape+effects+to+target+antibody-coated+nanoparticles+to+lung+and+brain+endothelium%5BTitle%5D)+AND+%22Proceedings+of+the+National+Academy+of+Sciences%22%5BJournal%5D)">Using shape effects to target antibody-coated nanoparticles to lung and brain endothelium.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 110 (26), 10753-10758 (2013).</li>
<li>Meng, F., Zhong, Z., Feijen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stimuli-responsive+polymersomes+for+programmed+drug+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Stimuli-responsive polymersomes for programmed drug delivery.</a> Biomacromolecules. 10 (2), 197-209 (2009).</li>
<li>Iqbal, S., Blenner, M., Alexander-Bryant, A., Larsen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polymersomes+for+therapeutic+delivery+of+protein+and+nucleic+acid+macromolecules%3A+from+design+to+therapeutic+applications%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Polymersomes for therapeutic delivery of protein and nucleic acid macromolecules: from design to therapeutic applications.</a> Biomacromolecules. 21 (4), 1327-1350 (2020).</li>
<li>Discher, D. E., Ahmed, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polymersomes%5BTitle%5D)+AND+%22Annual+review+of+biomedical+engineering%22%5BJournal%5D)">Polymersomes.</a> Annual review of biomedical engineering. 8, 323-341 (2006).</li>
<li>Seifert, U., Berndl, K., Lipowsky, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shape+transformations+of+vesicles%3A+Phase+diagram+for+spontaneous-+Curvature+and+bilayer-coupling+models%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+A%22%5BJournal%5D)">Shape transformations of vesicles: Phase diagram for spontaneous- Curvature and bilayer-coupling models.</a> Physical Review A. 44 (2), 1182-1202 (1991).</li>
<li>Rikken, R. S. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shaping+polymersomes+into+predictable+morphologies+via+out-of-equilibrium+self-assembly%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Shaping polymersomes into predictable morphologies via out-of-equilibrium self-assembly.</a> Nature Communications. 7, 1-7 (2016).</li>
<li>Kim, K. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polymersome+stomatocytes%3A+Controlled+shape+transformation+in+polymer+vesicles%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Polymersome stomatocytes: Controlled shape transformation in polymer vesicles.</a> Journal of the American Chemical Society. 132 (36), 12522-12524 (2010).</li>
<li>L'Amoreaux, N., Ali, A., Iqbal, S., Larsen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Persistent+prolate+polymersomes+for+enhanced+co-delivery+of+hydrophilic+and+hydrophobic+drugs%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Persistent prolate polymersomes for enhanced co-delivery of hydrophilic and hydrophobic drugs.</a> Nanotechnology. 31 (17), 175103(2020).</li>
<li>Salva, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Polymersome+shape+transformation+at+the+nanoscale%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Polymersome shape transformation at the nanoscale.</a> ACS Nano. 7 (10), 9298-9311 (2013).</li>
<li>Skoczen, S. L., Stern, S. T. Characterization of Nanoparticles Intended for Drug Delivery. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aSkoczen%2C+SL+%22Methods+in+Molecular+Biology%22">Methods in Molecular Biology</a>. 1682, Springer New York. New York, NY. (2018).</li>
<li>Bhattacharjee, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((DLS+and+zeta+potential+-+What+they+are+and+what+they+are+not%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Controlled+Release%22%5BJournal%5D)">DLS and zeta potential - What they are and what they are not.</a> Journal of Controlled Release. 235, 337-351 (2016).</li>
<li>Men, Y., Li, W., Lebleu, C., Sun, J., Wilson, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tailoring+polymersome+shape+using+the+Hofmeister+effect%5BTitle%5D)+AND+%22Biomacromolecules%22%5BJournal%5D)">Tailoring polymersome shape using the Hofmeister effect.</a> Biomacromolecules. 21 (1), 89-94 (2020).</li>
<li>Decuzzi, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Size+and+shape+effects+in+the+biodistribution+of+intravascularly+injected+particles%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Controlled+Release%22%5BJournal%5D)">Size and shape effects in the biodistribution of intravascularly injected particles.</a> Journal of Controlled Release. 141 (3), 320-327 (2010).</li>
<li>Liu, Y., Tan, J., Thomas, A., Ou-Yang, D., Muzykantov, V. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+shape+of+things+to+come%3A+Importance+of+design+in+nanotechnology+for+drug+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22Therapeutic+Delivery%22%5BJournal%5D)">The shape of things to come: Importance of design in nanotechnology for drug delivery.</a> Therapeutic Delivery. 3 (2), 181-194 (2012).</li>
<li>Tao, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shape-specific+polymeric+nanomedicine%3A+Emerging+opportunities+and+challenges%5BTitle%5D)+AND+%22Experimental+Biology+and+Medicine%22%5BJournal%5D)">Shape-specific polymeric nanomedicine: Emerging opportunities and challenges.</a> Experimental Biology and Medicine. 236 (1), 20-29 (2011).</li>
<li>L'Amoreaux, N., Ali, A., Iqbal, S., Larsen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Persistent+prolate+polymersomes+for+enhanced+co-delivery+of+hydrophilic+and+hydrophobic+drugs%5BTitle%5D)+AND+%22BioRxiv%22%5BJournal%5D)">Persistent prolate polymersomes for enhanced co-delivery of hydrophilic and hydrophobic drugs.</a> BioRxiv. , 796201(2019).</li>
<li>Chandler, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Interfaces+and+the+driving+force+of+hydrophobic+assembly%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Interfaces and the driving force of hydrophobic assembly.</a> Nature. 437 (7059), 640-647 (2005).</li>
<li>Wong, C. K., Mason, A. F., Stenzel, M. H., Thordarson, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Formation+of+non-spherical+polymersomes+driven+by+hydrophobic+directional+aromatic+perylene+interactions%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Communications%22%5BJournal%5D)">Formation of non-spherical polymersomes driven by hydrophobic directional aromatic perylene interactions.</a> Nature Communications. 8 (1), (2017).</li>
<li>Abdelmohsen, L. K. E. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shape+characterization+of+polymersome+morphologies+via+light+scattering+techniques%5BTitle%5D)+AND+%22Polymer%22%5BJournal%5D)">Shape characterization of polymersome morphologies via light scattering techniques.</a> Polymer. 107, 445-449 (2016).</li>
<li>Men, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nonequilibrium+Reshaping+of+polymersomes+via+polymer+addition%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Nonequilibrium Reshaping of polymersomes via polymer addition.</a> ACS Nano. 13 (11), 12767-12773 (2019).</li>
<li>Meeuwissen, S. A., Kim, K. T., Chen, Y., Pochan, D. J., van Hest, J. C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+shape+transformation+of+polymersome+stomatocytes%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie%22%5BJournal%5D)">Controlled shape transformation of polymersome stomatocytes.</a> Angewandte Chemie. 123 (31), 7208-7211 (2011).</li>
<li>Wong, C. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Faceted+polymersomes%3A+A+sphere-to-polyhedron+shape+transformation%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Science%22%5BJournal%5D)">Faceted polymersomes: A sphere-to-polyhedron shape transformation.</a> Chemical Science. 10 (9), 2725-2731 (2019).</li>
<li>Chidanguro, T., Ghimire, E., Simon, Y. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Shape-transformation+of+polymersomes+from+glassy+and+crosslinkable+ABA+triblock+copolymers%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Materials+Chemistry+B%22%5BJournal%5D)">Shape-transformation of polymersomes from glassy and crosslinkable ABA triblock copolymers.</a> Journal of Materials Chemistry B. 8 (38), 8914-8924 (2020).</li>
<li>Van Oers, M. C. M., Rutjes, F. P. J. T., Van Hest, J. C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tubular+polymersomes%3A+A+cross-linker-induced+shape+transformation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Tubular polymersomes: A cross-linker-induced shape transformation.</a> Journal of the American Chemical Society. 135 (44), 16308-16311 (2013).</li>
<li>Che, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pathway+dependent+shape-transformation+of+azide-decorated+polymersomes%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Communications%22%5BJournal%5D)">Pathway dependent shape-transformation of azide-decorated polymersomes.</a> Chemical Communications. 56 (14), 2127-2130 (2020).</li>
<li>Haryadi, B. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nonspherical+nanoparticle+shape+stability+is+affected+by+complex+manufacturing+aspects%3A+Its+implications+for+drug+delivery+and+targeting%5BTitle%5D)+AND+%22Advanced+Healthcare+Materials%22%5BJournal%5D)">Nonspherical nanoparticle shape stability is affected by complex manufacturing aspects: Its implications for drug delivery and targeting.</a> Advanced Healthcare Materials. 8 (18), 11-13 (2019).</li>
<li>Katterman, C., Pierce, C., Larsen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Combining+nanoparticle+shape+modulation+and+polymersome+technology+in+drug+delivery%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Bio+Materials%22%5BJournal%5D)">Combining nanoparticle shape modulation and polymersome technology in drug delivery.</a> ACS Applied Bio Materials. , (2021).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Systemy do samodzielnego montażu są notorycznie niekontrolowane. Ich końcowe właściwości, w tym rozmiar, kształt i struktura, zależą od właściwości hydrofobowych wybranego amfifilu i wybranego środowiska rozpuszczalnika. Amfifilowe kopolimery blokowe mają tendencję do kształtów kulistych, co minimalizuje energię swobodną Gibba i prowadzi do równowagi termodynamicznej23, tworząc w ten sposób polimersomy. Ze względu na ich równowagę, polimeromy są znacznie trudniejsze do wydłużenia lub zmiany kształ...

Modulacja kształtu jest stosunkowo nowym i skutecznym sposobem na poprawę dostarczania leków za pośrednictwem nanocząstek. Zmiana morfologii nie tylko zwiększa powierzchnię cząstek, co z kolei pozwala na większą nośność, ale ma również implikacje dla poprawy stabilności, czasu krążenia, biodostępności, ukierunkowania molekularnego i kontrolowanego uwalniania1. Polimersomy, nanocząstka skupiająca się w tej metodzie, mają tendencję do termodynamicznego samoorganizowania się w kulisty kształt, który okazał się niepraktyczny w wychwytywaniu komórkowym i jest łatwiejszy do wykrycia w układzie odpornościowym jako ciało obce. Możliwość wydłużenia struktury do postaci prolatu lub pręcika pozwoli nośnikowi leku uniknąć makrofagów poprzez naśladowanie komórek natywnych i skuteczniej dostarczyć go do pożądanego celu2,3,4,5,6,7. Znaczące korzyści płynące z polimeromów, w tym związana z błoną ochrona ładunków, reagowanie błony na bodźce oraz podwójna enkapsulacja leków hydrofilowych i hydrofobowych8,9,10, które czynią je silnymi kandydatami do dostarczania leków, są utrzymywane podczas modulacji kształtu.
Istnieje wiele różnych metod modulowania kształtów polimeromów, a każda z nich ma swoje zalety i wady. Jednak większość z tych metod dzieli się na dwie kategorie: zmiana ciśnienia osmotycznego sterowana rozpuszczalnikiem i zmiana ciśnienia osmotycznego sterowana solą11. Oba podejścia mają na celu przezwyciężenie energii zginania występującej po uformowaniu polimeromów w kształt równowagi sferycznej. Wprowadzając gradient ciśnienia osmotycznego, polimeromy mogą być zmuszane do zginania się w wydłużone struktury pomimo silnych energii zginania11,12.
Metoda oparta na rozpuszczalniku bada zmiany kształtu zainspirowane pracami Kima i van Hest13. Uplastycznili polimeromy w mieszaninie rozpuszczalnika organicznego i wody, aby uwięzić rozpuszczalniki organiczne w błonie pęcherzyka i wyprowadzić wodę z rdzenia pęcherzyka. W końcu wewnętrzna objętość cząstki jest tak niska, że wydłuża się. Chociaż ta metoda jest obiecująca, brakuje jej praktyczności. Metoda ta wymaga różnych rozpuszczalników dla każdego pojedynczego szkieletu polimerowego biorącego udział w modulacji. Dlatego nie ma powszechnego zastosowania do promowania zmiany kształtu. I odwrotnie, metoda oparta na soli jest jednolita i wykorzystuje jeden uniwersalny sterownik, który może wprowadzać ciśnienie osmotyczne do wielu polimeromów na bazie kopolimerów blokowych.
Ten projekt wykorzystuje metodę opartą na soli wprowadzoną przez L'Amoreaux et al14. Protokół ten obejmuje dwie rundy dializy. Jeden ma na celu oczyszczanie i zestalanie polimeromów poli(glikolu etylenowego)-b-poli(kwasu mlekowego) (PEG-PLA) poprzez usunięcie rozpuszczalnika organicznego, który mógł zostać uwięziony w dwuwarstwie podczas produkcji, a drugi sprzyja zmianie kształtu. Drugi etap dializy wprowadza roztwór NaCl o stężeniu 50 mM, który tworzy gradient ciśnienia osmotycznego w celu zmiany kształtu. Metoda ta jest wspierana przez Salva i wsp., którzy zauważają, że naprężenie hipertoniczne w roztworze spowoduje kurczenie się pęcherzyka15. Ta metoda opiera się na wcześniej opublikowanej metodzie14 przyglądającej się dwóm różnym polimeromom na bazie poliestru i różnym gradientom soli od 50 do 200 mM NaCl. Poliestry są stosowane ze względu na ich biokompatybilność i biodegradację. Gradient soli ma różny wpływ na kształt w zależności od hydrofobowości szkieletu kopolimeru blokowego. Może być używany do tworzenia prolatów, pręcików i stomatocytów. Ta metoda oparta na soli została wybrana ze względu na łatwość replikacji i wszechstronność eksperymentalną.

<table><tbody><tr><td>15 * 45 fiolek z gwintem z dołączoną nakrętką</td><td>Fisherbrand</td><td>9609104000</td><td></td></tr><tr><td>Dimetylosulfotlenek</td><td>Fisher Chemical</td><td>D128-1</td><td></td></tr><tr><td>Dimetylosulfotlenek</td><td>BDH</td><td>BDH1115-1LP</td><td></td></tr><tr><td>Mieszadełka isoremp, płyty grzejne i mieszadła Fisher</td><td>scientific</td><td>CIC00008110V19</td><td></td></tr><tr><td>POMPA STRZYKAWKOWA LEGATO 130</td><td>kd Scientific</td><td>788130</td><td></td></tr><tr><td>PEG(1000)-b-PLA(5000), Diblock Polymer</td><td>Polysciences Inc</td><td>24381-1</td><td>zwróć uwagę na masy cząsteczkowe podczas replikacji</td></tr><tr><td>poli(glikolu etylenowego) (2000) Blok eteru metylowego-poli(ko-glikolid laktydu) (4500)</td><td>Sigma aldrich</td><td>764825-1G</td><td>zwróć uwagę na masy cząsteczkowe podczas replikacji</td></tr><tr><td>Jednorazowa strzykawka/BD PrecisionGlide Kombinacja igieł, sterylna, BD medyczna</td><td>BD medyczna</td><td>BD305620</td><td>Tuberkulina</td></tr><tr><td>Chlorek sodu</td><td>BDH</td><td>BDH9286</td><td></td></tr><tr><td>Zetasizer Nano ZS</td><td>Malvern</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

modulowanie kształtu polimeromów na bazie poliestru za pomocą ciśnienia osmotycznego

Modulating Shape of Polyester Based Polymersomes using Osmotic Pressure

Polimeromy to związane z błoną, dwuwarstwowe pęcherzyki utworzone z amfifilowych kopolimerów blokowych, które mogą zawierać zarówno hydrofobowe, jak i hydrofilowe ładunki do zastosowań związanych z dostarczaniem leków. Pomimo swojej obietnicy, polimeromy mają ograniczone zastosowanie ze względu na ich kulisty kształt, który nie jest łatwo pobierany przez komórki, jak wykazali naukowcy zajmujący się nanocząstkami stałymi. W artykule opisano metodę opartą na soli do zwiększania proporcji sferycznych polimeromów na bazie poli(glikolu etylenowego) (PEG). Metoda ta może wydłużać polimeromy i ostatecznie kontrolować ich ostateczny kształt poprzez dodanie chlorku sodu w dializie po powstaniu. Stężenie soli można zmieniać, zgodnie z opisem w tej metodzie, w oparciu o hydrofobowość kopolimeru blokowego stosowanego jako baza dla polimeromu i docelowego kształtu. Wydłużone nanocząstki mogą lepiej celować w śródbłonek w naczyniach krwionośnych o większej średnicy, takich jak żyły, gdzie obserwuje się margines. Protokół ten może rozszerzyć zastosowania terapeutycznych nanocząstek, wykorzystując techniki wydłużania w połączeniu z podwójnym obciążeniem, długo krążącymi korzyściami polimeromów.

Tabela 2 przedstawia oczekiwane wyniki po wykonaniu kroku 1 protokołu. Należy zauważyć, że DMSO jest stosowane jako rozpuszczalnik zarówno dla PEG-PLA, jak i PEG-PLGA podczas formowania polimerosomów. Odstępstwo od tego rozpuszczalnika jest możliwe, ponieważ inne rozpuszczalniki mieszalne z wodą rozpuszczą kopolimery, jednak należy spodziewać się zmiany wyników. Przewiduje się, że PDI będzie mniejsze niż 0,2, co wskazuje na utworzenie monodyspersyjnych polimerosomów17. Należy pami...

Polimeromy to samoorganizujące się pęcherzyki polimerowe, które są formowane w sferyczne kształty, aby zminimalizować energię swobodną Gibba. W przypadku dostarczania leków korzystne są bardziej wydłużone struktury. Protokół ten ustanawia metody tworzenia bardziej pręcikowatych polimeromów o wydłużonych proporcjach, wykorzystujących sól do indukowania ciśnienia osmotycznego i zmniejszania objętości pęcherzyków wewnętrznych.

Modulowanie kształtu polimeromów na bazie poliestru za pomocą ciśnienia osmotycznego

Polymersomes are membrane-bound, bilayer vesicles created from amphiphilic block copolymers that can encapsulate both hydrophobic and hydrophilic payloads ...

Kształt nanocząstek wpływa na wychwyt komórkowy, ale wykonano ograniczone prace nad zmianą kształtu polimeromów. Protokół ten pokazuje, jak wydłużać polimeromy w celu lepszego dostarczania leków. Technika ta zapewnia proste podejście, które może stworzyć wiele różnych kształtów polimerowych z potencjalnymi zastosowaniami w dostarczaniu leków, pseudokomórkach lub w innych niezbadanych dziedzinach.Wydłużone polimeromy mogą jednocześnie dostarczać leki hydrofobowe i hydrofilowe oraz łatwiej do komórek. Technika ta może pomóc w transporcie leków przez barierę krew-mózg, rozwiązując tym samym poważne wyzwanie medyczne. Aby rozpocząć, rozpuść 0,015 grama wybranego poliestru w jednym mililitrze DMSO, wirując przez 15 minut i ustaw aparat do wstrzykiwania rozpuszczalnika.Umieść płytkę startową bezpośrednio pod pionową pompą strzykawkową, a następnie umieść pięciomililitrową szklaną żółć z jednym mililitrem wody dejonizowanej typu drugiego w miniaturowej gwiaździstej sztabce na płytce mieszającej. Wyregulować wysokość pomp strzykawkowych tak, aby końcówka igły była całkowicie zanurzona w wodzie dejonizowanej typu drugiego i ustawić szybkość infuzji pompy strzykawkowej na pięć mikrolitrów na minutę. Wykonaj wstrzyknięcie rozpuszczalnika, pobierając rozpuszczalnik organiczny i roztwór poliestru do igły o rozmiarze 27.Umieścić igłę w pompie strzykawkowej i upewnić się, że jest dobrze zamocowana. Wyregulować blok popychacza tak, aby dotykał końca tłoka strzykawki. Uruchom płytkę mieszającą tak, aby woda wirowała z prędkością 100 obrotów na minutę, a następnie uruchom pompę strzykawkową.Gdy pompa strzykawkowa całkowicie wprowadzi rozpuszczalnik organiczny i polimer do wody, wyjmij mieszadło i zakryj szklaną podłość. W celu scharakteryzowania polimeromu za pomocą dynamicznego rozpraszania światła lub DLS, dodaj jeden mililitr wody z niewielkim procentem rozpuszczalnika organicznego i polimeru do jednomililitrowej kuwety. Wykonano DLS poprzez umieszczenie kuwety w systemie i ustawienie biegu.Odczytaj intensywność polimeromu, ważoną średnicę i wskaźnik polidyspersyjności lub PDI. Po umyciu membrany dializacyjnej o mocy 300 kilodaltonów zgodnie z protokołami dostarczonymi przez producenta, dodaj jeden mililitr roztworu polimeromu do zbiornika urządzenia do dializy. Umieścić urządzenie do dializy w 250-mililitrowej zlewce ze 150 mililitrami wody dejonizowanej typu drugiego na płytce mieszającej.Ustawić płytkę mieszającą na prędkość pozwalającą na delikatne przesuwanie urządzenia do dializy i pozostawić je na noc do wymieszania. Po zakończeniu dializy wyekstrahować jednomililitrowy roztwór polimeromu z urządzenia do dializy. Stworzyć 150 mililitrów pożądanego buforu soli o stężeniu 50, 100 lub 200 milimolowym chlorku sodu w oparciu o końcowe pożądane właściwości polimerowe i utrzymywać ładunek urządzenia do dializy w 150 mililitrach roztworu soli przez 18 godzin w celu wymieszania.Po modulacji kształtu wykonaj pomiary DLS. Zwróć szczególną uwagę na pomiary PDI w porównaniu z polimerosomami duchowymi, ponieważ zmiana PDI sugeruje efektywną zmianę kształtu polimeromów. Użyj odpowiednich kontroli do obrazowania, zwłaszcza polimeromów bez modulacji kształtu, aby zapewnić sukces metody.Obserwacja TEM polimeromów na bazie PEG-PLA wskazuje na ogólną sferyczną strukturę z grubszą linią zewnętrzną, która wskazuje na membranę. Polimeromy występują jako struktury fizyczne i SEM z zewnętrzną warstwą PEG przypominającą szczotkę. Godzinna dializa w wodzie doprowadziła do uzyskania tej samej średniej średnicy całkowitej, przy czym usunięcie rozpuszczalnika zmniejszyło średnicę polimeromu.Gdy stosuje się większe początkowe stężenia rozpuszczalnika organicznego, oczekuje się większych spadków średnicy. Podczas wytwarzania polimerosomów PEG-PLA spodziewane są niewielkie zmiany PDI, które mogą wskazywać na zmianę kształtu. Podczas dializowania polimeromów PEG-PLGA, które są nieco bardziej hydrofobowe niż polimery PEG-PLA w stosunku do soli, wzrost PDI jest bardziej zgodny z wydłużeniem ze wszystkimi badanymi gradientami soli, co prowadzi do wzrostu PDI.Podobne wyniki należy zaobserwować przy użyciu 50-milimolowego gradientu soli, aby spowodować zmianę kształtu niezależnie od hydrofobowości poliestru. Tymczasem 100 i 200 milimolowe gradienty soli chlorku sodu wykazują bezpośredni trend, że delta PDI wzrasta wraz ze wzrostem hydrofobowości poliestru. Obrazy TEM polimeromów PEG-PLA dializowanych 50 milionami chlorku sodu o niższej zawartości wykazano ze stomatocytami i wydłużonymi pręcikami.Wraz ze wzrostem stężenia soli do 100 milimoli obserwowano zwiększoną liczbę powstawania pręcików przy zmniejszonej liczbie stomatocytów. Dializa z 200 milimolowymi polimeromami bardziej konsekwentnie tworzyła prolaty o skromnych proporcjach. Najtrudniejszą częścią tego protokołu jest konsekwentne wytwarzanie polimeromu.Dlatego ważne jest, aby przećwiczyć procedurę.

modulating-shape-polyester-based-polymersomes-using-osmotic

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Niniejszy protokół opisuje metodę ekstruzji służącą do przygotowania pęcherzyków lipidowych o rozmiarach submikronowych i wysokim stopniu jednorodności. Metoda ta wykorzystuje system z kontrolą ciśnienia i regulowanym przepływem azotu do przygotowania liposomów. W opracowaniu przedstawiono przygotowanie lipidów1,2, ekstruzję liposomów oraz charakterystykę ich rozmiaru.

Metoda ekstruzji z kontrolowanym stałym ciśnieniem do przygotowania nano-rozmiarowych pęcherzyków lipidowych

Dwa sąsiadujące ze sobą płyny przechodzące przez rowkowany kanał mikroprzepływowy mogą być skierowane tak, aby tworzyły osłonę wokół rdzenia prepolimerowego; określając w ten sposób zarówno kształt, jak i przekrój. Polimeryzacja inicjowana foto, taka jak chemia tiolowa, doskonale nadaje się do szybkiego zestalania płynu rdzeniowego w mikrofibrę o określonym rozmiarze i kształcie.

Mikroprzepływowa produkcja włókien polimerowych i biohybrydowych o wstępnie zaprojektowanym rozmiarze i kształcie

Przedstawiamy protokół szybkiego tworzenia gigantycznych pęcherzyków polimerowych (pGV). Krótko mówiąc, roztwory polimerów są odwadniane na wysuszonych foliach agarozowych przyklejonych do szkiełek nakrywkowych. Rehydratacja folii polimerowych powoduje szybkie tworzenie się pGV. Metoda ta znacznie przyspiesza przygotowanie syntetycznych pęcherzyków olbrzymich do bezpośredniego zastosowania w badaniach biomimetycznych.

Tworzenie gigantycznych rozmiarów polimeromów za pomocą ponownego uwodnienia wspomaganego żelem

Demonstrujemy system tworzenia dwuwarstwowych lipidów, który można przechowywać, przenośny. Dwuwarstwowa błona lipidowa może powstać w ciągu 1 godziny z ponad 80% skutecznością, gdy zamrożony prekursor błony zostanie doprowadzony do temperatury otoczenia. System ten ograniczy pracochłonne procesy i wiedzę specjalistyczną związaną z kanałami jonowymi.

Zautomatyzowane tworzenie dwuwarstwowej błony lipidowej za pomocą cienkiej warstwy polidimetylosiloksanu

Kluczowe etapy żywej anionowej polimeryzacji eteru fenyloglicydylowego (PheGE) na glikolu metoksy-polietylenowym (mPEG-b-PPheGE) są opisane. Otrzymane micele kopolimeru blokowego (BCM) obciążono doksorubicyną w 14% (wag.) i uzyskano trwałe uwalnianie leku przez 4 dni w fizjologicznie istotnych warunkach.

Polimeryzacja anionowa kopolimeru amfifilowego do otrzymywania miceli kopolimeru blokowego stabilizowanego oddziaływaniami π-π stacking

Opisane są protokoły wytwarzania degradowalnych termoresponsywnych hydrożeli opartych na sieciowaniu hydrazonów polimerowych oligomerów na skalę masową, mikroskalową i nanoskalę, przy czym ta ostatnia służy do przygotowania zarówno nanocząstek żelowych, jak i nanowłókien.

Wytwarzanie degradowalnych termoczułych hydrożeli w różnych skalach długości za pomocą wytłaczania reaktywnego, mikrofluidyki, samoorganizacji i elektroprzędzenia

Tutaj prezentujemy protokół do przygotowania i wizualizacji struktur drugorzędnych (np. włókien, architektur toroidalnych i nanosfer) pochodzących z polikarmidów spiralnych. Wykazano, że morfologia charakteryzująca się zarówno mikroskopią sił atomowych (AFM), jak i skaningową mikroskopią elektronową (SEM) zależy od struktury molekularnej, stężenia i wybranego rozpuszczalnika.

Samoorganizujące się morfologie otrzymane z helikalnych kopolimerów polikarbodimidu i ich pochodnych triazolowych

Celem protokołu jest wiarygodny pomiar właściwości mechanicznych membrany gigantycznych pęcherzyków za pomocą aspiracji mikropipet.

Wykrywanie gigantycznych jednopłytkowych pęcherzyków hybrydowych przez elektroformację i pomiar ich właściwości mechanicznych za pomocą aspiracji mikropipetami

Dostarczamy protokoły i reprezentatywne dane do projektowania, montażu i charakteryzowania miceli kompleksu polielektrolitowego, nanocząstek typu rdzeń-powłoka tworzonych przez polielektrolity i hydrofilowe naładowane-nienaładowane kopolimery blokowe.

Montaż i charakterystyka miceli kompleksu polielektrolitu

Tutaj przedstawiono protokół do wykonywania i analizy wiązania, mobilności i składania pojedynczych cząsteczek na sztucznych zatłoczonych błonach lipidowych za pomocą mikroskopii smTIRF (smTIRF) z wykorzystaniem pojedynczej cząsteczki całkowitego wewnętrznego odbicia.

Dyfuzja i montaż pojedynczych cząsteczek na błonach lipidowych stłoczonych w polimerach

Poznaj metodę wydłużania polimeromów za pomocą ciśnienia osmotycznego w celu poprawy dostarczania leków. Technika ta umożliwia jednoczesne transportowanie leków hydrofobowych i hydrofilowych oraz pokonywanie bariery krew-mózg.

Modulowanie kształtu polimeromów na bazie poliestru za pomocą ciśnienia osmotycznego

Przeglądaj więcej filmów