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Artigo de método

Captação de novas nanopartículas revestidos de lipídeos contendo Falcarindiol por células-tronco mesenquimais humanas

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DOI:

10.3791/59094

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9 de fevereiro de 2019

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1Department of Chemical Engineering, Biotechnology and Environmental Technology, University of Southern Denmark, 2Center for Single Particle Science and Engineering (SPSE), Institute for Molecular Medicine, Health Sciences, University of Southern Denmark, 3Department of Mechanical Engineering and Material Science, Duke University, 4School of Pharmacy, University of Nottingham

Neste artigo

Resumo

Este artigo descreve o encapsulamento de falcarindiol em revestidos de lipídeos 74 nm nanopartículas. A absorção celular das nanopartículas por células-tronco humanas em gotículas lipídicas é monitorada por imagem fluorescente e confocal. Nanopartículas são fabricadas pelo método de injeção rápida do solvente de movimento, e seu tamanho é medido com a técnica de espalhamento de luz dinâmica.

Resumo

Nanopartículas são o foco de um crescente interesse em sistemas de distribuição de drogas para terapia do câncer. Nanopartículas revestidos de lipídeos são inspiradas na estrutura e tamanho por lipoproteínas de baixa densidade (LDLs), porque as células cancerosas têm uma maior necessidade de colesterol a proliferar, e isto tem sido explorado como um mecanismo para a entrega de drogas anticâncer para câncer células. Além disso, dependendo da química de drogas, encapsulando a droga pode ser vantajoso para evitar a degradação da droga durante a circulação em vivo. Portanto, neste estudo, este projeto é usado para fabricar nanopartículas revestidos de lipídeos, da falcarindiol de drogas anticâncer, fornecendo um sistema de entrega de novo potencial de falcarindiol a fim de estabilizar a sua estrutura química contra a degradação e melhorar a sua absorção por tumores. Nanopartículas de Falcarindiol, com um monolayer fosfolipídios e colesterol, encapsulando o núcleo de droga purificada da partícula, foram projetadas. O revestimento monocamada de lipídios é composto por 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DSPC), colesterol (Chol) e 1,2-distearoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine-N-[methoxy(polyethylene glycol)-2000] (DSPE PEG 2000) juntamente com a fluorescente etiqueta DiI (molares rácios de 43:50:5:2). As nanopartículas são fabricadas usando o método de injeção rápida, que é uma técnica simples e rápida para precipitar nanopartículas por bom-solvente antitroca solvente. Consiste em uma injeção rápida de uma solução de etanol contendo os componentes de nanopartículas em uma fase aquosa. O tamanho das nanopartículas fluorescentes é medido usando Difusão dinâmica da luz (DLS) 74,1 ± 6,7 nm. A absorção das nanopartículas é testada em células-tronco mesenquimais humanas (hMSCs) e fotografada usando fluorescência e microscopia confocal. A absorção das nanopartículas é observada em hMSCs, sugerindo que o potencial para tal um sistema de entrega de droga estável para falcarindiol.

Introdução

Revestidos de lipídeos nanopartículas estão vendo um aumento do interesse em relação a sua função como sistemas de entrega de drogas para terapia de câncer1. Cancros têm uma reprogramação lipid-metabólica alterada2 e uma maior necessidade de colesterol a proliferar3. Eles overexpress LDLs1 e tomar em LDLs mais do que as células normais, na medida em que a contagem de um paciente com câncer LDL pode até mesmo ir para baixo4. Captação de LDL promove agressivo fenótipos5 resultando em proliferação e invasão no câncer de mama6. Uma abundância de receptores LDL (LDLRs) é um indicador de prognóstico do potencial metastático7. Inspirado pelo LDL e sua absorção pelas células de câncer, uma nova estratégia foi chamada: fazer a droga parece alimentar do câncer8. Assim, essas nanopartículas droga entrega projetos novos8,9,10 ter sido inspirado pelo design de núcleo e lipídios-estabilizada do natural LDLs11 como um mecanismo para a entrega de drogas anticâncer para as células cancerosas. Esse passivo segmentação entrega sistema suporta o encapsulamento de, especialmente, drogas hidrofóbicas, que normalmente são dadas em forma de dosagem oral, mas fornecem somente uma pequena quantidade da droga para a corrente sanguínea, então, limitando sua eficácia prevista12. Como com o lipossoma stealth13, um revestimento de polietileno glicol (PEG) ajuda a reduzir qualquer resposta imunológica e amplia a circulação na corrente sanguínea por absorção ideal do tumor, a suposta melhor permeação e retenção (EPR) efeito 14 , 15. no entanto, além de, em alguns casos, a instabilidade na circulação e distribuição indesejável no sistema16, alguns obstáculos foram solucionados, tais como como e em que medida essas nanopartículas estão tomadas por células e o que é seu destino intracelular. É aqui que este livro aborda a absorção de nanopartículas de um determinado medicamento anticâncer hidrofóbico falcarindiol, usando confocal e epifluorescência técnicas de imagem.

O objetivo do estudo é fabricar nanopartículas revestidos de lipídeos, de falcarindiol e estudar sua penetração intracelular em hMSCs. Desse modo, potencialmente estabilizando sua administração, superando os desafios associados com a entrega e melhorar a biodisponibilidade. Assim, avaliar um novo sistema de entrega para esta droga anticâncer. Anteriormente, falcarindiol tem sido administrado por via oral através de uma falcarindiol de alta concentração purificada como um suplemento de alimentos17. No entanto, não há necessidade de uma abordagem mais estruturada entregar esta droga promissora. Portanto, nanopartículas de falcarindiol, com um fosfolipídios e colesterol, encapsulando monocamada com a droga purificada que constituem o núcleo da partícula, foram projetadas. O método de injeção rápida do solvente deslocando, como recentemente desenvolvido por Needham et al 8, é usado neste estudo para encapsular o poliacetileno falcarindiol.

O método anteriormente foi usado para a fabricação de nanopartículas de lipídios para encapsular o diagnóstico de imagens agentes18,19, bem como teste de moléculas (Trioleína)27 e drogas (orlistat, estearato niclosamide)8 de27, ,28. É uma técnica relativamente simples, quando realizadas com as moléculas de certa. Forma nanosized de partículas, no limite de sua nucleação crítico (~ 20 nm de diâmetro), de altamente insolúveis hidrofóbicos solutos dissolvidos em um solvente polar. A troca de solvente é realizada por injeção rápida da solução orgânica em um excesso de antisolvent (geralmente, uma fase aquosa em um 1:9 orgânica: relação volume aquoso)20,21.

O projeto composicional das nanopartículas dão origem a várias vantagens. Os componentes de DSPC:Chol fornecem uma monocamada muito apertada, quase impermeável, biocompatível e biodegradável. O PEG fornece uma interface estericamente estabilizador que age como um escudo de opsonização pelo sistema imunológico, diminuindo qualquer absorção pelo sistema reticuloendotelial (fígado e baço) e protegendo contra o sistema de fagócitos mononucleares, impedindo sua retenção e degradação pelo sistema imunológico e, portanto, aumentando sua circulação no sangue22de meia-hora. Isso permite que as partículas a circular até que eles extravasate em doentes locais, tais como tumores, onde o sistema vascular está com vazamento, permitindo APE-efeito dar origem a acumulação passiva das partículas. Além disso, a camada lipídica permite ter um melhor controle sobre o tamanho das nanopartículas por cineticamente aprisionando o núcleo no seu núcleo fundamental dimensão27,28. Lipídios induzem várias propriedades de superfície (incluindo peptídeo direcionamento, que ainda não estava disponível para este projeto), um núcleo de droga pura e uma baixa polidispersividade22,,27,28. O método utilizado para análise de tamanho de partícula é DLS, uma técnica que permite que os pesquisadores medir o tamanho de um grande número de partículas ao mesmo tempo. No entanto, esse método pode influenciar as medições para tamanhos maiores, se as nanopartículas não são monodispersas23. Esta questão é avaliada com o casaco de lipídios também. Mais detalhes desses projetos fundamentais e a quantificação de todas as características são dadas em outras publicações27,28.

A droga encapsulada nas nanopartículas é falcarindiol, um poliacetileno dietético encontrado em plantas da família Apiaceae. É um metabólito secundário do alifáticos C17poliacetilenos tipo que foi encontrado para exibir efeitos de promoção da saúde, incluindo a actividade anti-inflamatória, efeitos anti-bacterianos e citotoxicidade contra uma ampla gama de linhas de células de câncer. Sua alta reatividade está relacionada à sua capacidade de interagir com diferentes biomoléculas, atuando como um Agente alquilante muito reativo contra mercapto e grupos amino24. Falcarindiol tem sido mostrado anteriormente para reduzir o número de lesões neoplásicas no cólon17,25, embora os mecanismos biológicos são ainda desconhecidos. No entanto, é o pensamento que ele interage com biomoléculas tais como NF-κB, COX1, COX-2, e citocinas, inibindo seus tumor progressão e célula proliferação processos, levando a prender o ciclo celular, o retículo endoplasmático (ER) stress e apoptose 17,26 em células cancerosas. Falcarindiol é usado neste estudo como uma droga anticancerígena exemplo devido ao seu potencial anticancer e mecanismo estão sendo estudados atualmente, e porque ele mostra efeitos anticâncer promissores. A absorção celular das nanopartículas é testada em hMSCs e fotografada usando epifluorescência e microscopia confocal. Este tipo de célula foi escolhido devido a seu grande tamanho, tornando-os ideais para microscopia.

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Protocolo

1. síntese de nanopartículas solvente de rápida mudança técnica

  1. Configurar o seguinte para a preparação das nanopartículas: um concentrador de amostra/aquecedor do bloco, num exsicador, um sistema de distribuição digital com uma seringa de vidro de 1 mL, um frasco de vidro de 12 mL, um agitador magnético, uma pulga magnético (15 mm x 4,5 mm, em uma forma cilíndrica com revestimento de politetrafluoroetileno [PTFE]) dentro do frasco de vidro e um evaporador rotatórios.
  2. Dispense a 2,4 mL de 250 µM falcarindiol estoque dissolvido na mistura de água de EtOH 70% em um frasco de cintilação.
  3. Evapore a fracção líquida, usando o concentrador de amostra para cerca de 4 h, para obter o falcarindiol seco.
    1. Inserir o frasco de cintilação no aquecedor do bloco; o concentrador de amostra fornece gás da amostra, usando agulhas de aço inoxidável, concentrando-se a amostra. Evaporar à temperatura ambiente; Não use calor.
  4. Uma vez seco, adicione os seguintes componentes do revestimento lipídico dentro do frasco de cintilação acima mencionados: 16,3 µ l de 31,64 mM DSPC clorofórmio solução estoque, 3,4 µ l da solução de clorofórmio 17,82 mM DSPE PEG 2000, 24 µ l de caldo de clorofórmio colesterol 25 mM solução e 6 µ l de 4mm DiI solução de clorofórmio. Limpe a seringa com clorofórmio após a adição de cada componente para evitar a contaminação cruzada.
    Atenção: Feche imediatamente os frascos contendo lipídeos, para que o solvente não evapore e, desse modo, modificar a concentração. Trabalho em uma coifa.
    Nota: As concentrações de soluções estoque de clorofórmio podem variar, dependendo do fornecedor do produto químico ou diluições feitas no laboratório.
  5. Envolva o frasco com papel alumínio para proteger DiI de luz. Deixe a amostra durante a noite no exsicador evaporar o clorofórmio.
  6. Dissolva a amostra dessecada em etanol absoluto, até um volume final de 1,2 mL, que dá as concentrações finais de DSPC, DSPE PEG 2000, colesterol e DiI de 0,43 mM, 0.05 mM, 0.5 mM e 0,02 mM, respectivamente. Esta solução representa a fase orgânica.
  7. Leve o frasco de vidro de 12 mL, preenchê-lo com 9 mL de água purificada e adicionar a pulga magnética dentro do frasco contendo 9 mL de água. Manter o frasco no agitador magnético, agitando a 500 rpm (Figura 1).
  8. Conecte a seringa de vidro de 1 mL para o sistema de distribuição e limpe-o com clorofórmio para evitar qualquer contaminação. Isto por, lentamente puxando o clorofórmio para a seringa de vidro e dispensação manualmente em um coletor de resíduos, pelo menos 10 tiems.
    Atenção: Isso deve ser feito sob uma coifa.
  9. Encha a seringa com etanol. Escorva substitui o velho solvente, bem como remove quaisquer bolhas de ar.
    Atenção: Isso deve ser feito sob uma coifa.
  10. Usando a seringa, Aspire 1 mL da fase orgânica.
  11. Insira a seringa para o frasco de vidro, até o meio da marca d'água a 9 mL e mantê-lo firme no meio do frasco (como mostrado na Figura 1).
  12. Injete a solução na velocidade selecionada da injeção (833 µ l/s) pressionando o botão de distribuição no sistema de distribuição (Figura 2). Isso gera 10 mL de 50 µM revestidos de lipídeos nanopartículas de falcarindiol em 10% etanol contendo água.
    Nota: Esta velocidade de injeção foi encontrada para alcançar as partículas mais finas, obtendo uma distribuição granulométrica estreita. É fundamental ter a certeza de que a seringa está no centro, estacionário e em linha reta quando a solução de distribuição.
  13. Imediatamente após a injeção, retire o frasco do agitador e transferir a amostra para um balão de fundo redondo de 50 mL (RBF).
  14. Anexar a RBF para o evaporador rotativo e evaporar 1 mL de solvente orgânico, usando o evaporador rotativo na temperatura de quarto. Evite a formação de bolhas em excesso.
    Nota: Este passo levará ~ 5 min.
  15. Transferi a suspensão de nanopartículas da RBF para outro frasco de vidro de 12 mL. Certifique-se de que o volume é 9 mL. Dividi a amostra em dois frascos de vidro de 12 mL (colocar 4,5 mL em cada).
  16. Adicione 0,5 mL de água ultrapura para um dos frascos e 0,5 mL de 10 x fosfato salino (PBS) para o outro frasco. Retire 1 mL de cada amostra para a medição de tamanho de partícula.

2. análise de tamanho de partícula utilizando a técnica DLS

Nota: Tamanho foram efectuadas medições usando um analisador de DLS que determina as distribuições de tamanho de partícula. É equipado com laser 100 mW que opera no comprimento de onda de 662.2 nm e com um detetor de fotodiodo avalanche colocado em um ângulo de 90° para o ângulo incidente. O feixe é espalhado pelas nanopartículas e detectado pelo fotodetector.

  1. Ligue o instrumento DLS e regular a temperatura desejada a 20 ° C, até que se estabiliza.
  2. Definir os parâmetros do instrumento da seguinte forma: tempo de aquisição de dados = 4 s, o número de aquisições = 30, função autoatenuação = On e os prazos de autoatenuação = 0.
  3. Encher a cubeta plástica com 1 mL de suspensão de nanopartículas e iniciar a medição.
  4. Relatar o tamanho medido dependendo do solvente utilizado (água ou PBS).
    Nota: A medição em PBS é feita para ter uma ideia aproximada do tamanho das células em meio ao tratar as células. O tratamento com células será feito com as nanopartículas dissolvidas na água.
  5. Repita as medições 24 h após a síntese, para verificar a agregação de partículas.

3. célula tratamento

  1. Cresce hMSCs em meio essencial mínimo (MEM) suplementado com 10% de soro fetal bovino (FBS) e 1% penicilina/estreptomicina, em uma câmara de humified a 37° C com 5% de CO2.
    Cuidado: Trabalho no bairro fluxo Laminar estéril para etapas 3.1, 3.2 e 3.3.
  2. Células de sementes aproximadamente 50.000 para obter uma densidade de célula de aproximadamente 30% em lamelas de #1.5 anteriormente absoluto-EtOH-esterilizado colocado em placas de 6-poços. Adicione MEM para poder ter um volume final de 3 mL em cada poço. Incube por 24 h sob as mesmas condições como na etapa 3.1. As células 24 h antes do tratamento de sementes.
    Nota: É fundamental que as células são semeadas pelo menos 24 h antes do tratamento de nanopartículas, para certificar-se que as células estão em uma confluência adequada.
  3. Sem retirar o meio, adicionar 3 µ l da solução de nanopartículas, para uma concentração final de falcarindiol de 5 µM. Incubar por 24 h nas mesmas condições como na etapa 3.1.
    Nota: A preparação das nanopartículas foi realizada no dia do tratamento celular, para evitar a agregação das partículas.
  4. Posteriormente, após 24 h de tratamento, lavar as células 2 x com PBS, corrigi-los em formol 4% durante 10 minutos à temperatura ambiente e armazená-los em PBS a 4° C por até diversos meses até fotografada.
    Atenção: Isso deve ser feito sob uma coifa.
    1. Alternativamente, após a fixação, um ′ 4, 6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) coloração nuclear pode ser executada. Por isso, após a fixação das células, permeabilize-lhes com 0,1% Triton X-100 por 30 min, lavá-los 2 x com PBS e manchá-las com 250 µ l de 300 nM DAPI por 5 minutos, protegido da luz.

4. microscopia

  1. Microscopia de fluorescência
    1. Use um microscópio de fluorescência widefield equipado com uma câmera CCD elétron-multiplicado para adquirir imagens. Use o 150 x 1,45 nd objectivo de óleo e o canal de GFP LP.
  2. Microscopia confocal
    1. Adquirir imagens de microscopia confocal, usando a 63 x objetivo de óleo at 1.4, um laser de argônio (514 nm) para DiI e um laser de dois fotões (780 nm) para DAPI, para verificar a absorção das nanopartículas nas células.

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Resultados

Dois tipos diferentes de nanopartículas foram fabricados, ou seja pura falcarindiol nanopartículas e nanopartículas falcarindiol revestidos de lipídeos. Foram testadas diferentes concentrações de lipídios e colesterol. Conforme mostrado na tabela 1, nanopartículas não revestidas, formou-se em água e medido em PBS tinham um diâmetro de 71 ± 20,3 nm com um índice de polidispersividade (PDI) de 0.571. Esses parâmetros foram medidos em um analisador DLS. As nanopartículas rev...

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Discussão

Um protocolo detalhado para a fabricação de nanopartículas revestidos de lipídeos, para entrega de drogas com o simples, rápido, reprodutível e escalável injeção rápida método de deslocamento do solvente foi seguido27,28 e é apresentado neste trabalho, como aplicado a falcarindiol. Controlando a velocidade da injeção da fase orgânica em fase aquosa e usando lipídios revestimento em concentrações adequadas para revestir o núcleo falcarindiol, partícula na faixa de...

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Divulgações

Os autores não têm nada para divulgar.

Agradecimentos

Os autores agradecer Dr. Moustapha Kassem (Hospital da Universidade de Odense, Dinamarca) para as células-tronco mesenquimais humanas. Os autores graças centro dinamarquês de Bioimaging médico para acesso de seus microscópios. Os autores graças as Carlsberg e Villum bases de apoio financeiro (C.L.A). Os autores reconhecem o apoio financeiro fornecido pelo prêmio Niels Bohr Professorship da Fundação Nacional de pesquisa dinamarquês.

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Frasco para injetáveis com gargalo de rosca de 12 mL (vidro transparente, rosca 15-425, 66 X 18,5 mm)Microlab Aarhus A/SML 33154LP
Placas de 6 poçosGreiner Bio One International GmbH657160
Etanol absolutoEMD Millipore (VWR)EM8.18760.1000
ClorofórmioRathburn Chemicals Ltd.RH1009
ColesterolAvanti Polar Lipids, Inc.700000P
Microscópio ConfocalZeiss LSM510
Lamínulas espessura #1.5Paul Marienfeld GmbH & Co117650
DessecadorAuto-construção
DiIInvitrogenD282
DLSBeckman CoulterDelsaMAXpro 3167-DMP
DSPC (estoque de clorofórmio)Avanti Polar Lipids, Inc.850365C 
DSPE PEG 2000 (estoque de clorofórmio)Avanti Polar Lipids, Inc.880120C
eVol XRSGE ciência analítica, Trajan Scientific Australia Pty Ltd.2910200
Soro fetal bovinoGibco10270-106
Microscópio de fluorescênciaOlymous IX81com TIRF manual e Andor iXon
EMCCD IncubatorPanasonic MCO-18AC
Magnetic FleaVWR Chemicals15 x 4,5 mmForma cilíndrica com revestimento de PTFE
Agitador magnéticoIKART-10
Minimum Essential MediaGibco32561-029
PBS tablets para cultura de célulasVWR Chemicals97062-732
Pen/strepVWR Chemicals97063-708
Tampão de fosfato salina (PBS, pH 7.4)Thermo Fisher10010031
Evaporador rotativoRotavapor, Bü Concentrador de amostras chi Labortechnik AGR-210
Stuart, Companhia de Instrumentos Cole-Parmer, LLCSBHCONC / 1

Referências

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