Forma modulada de poliéster baseado em polimeroses usando pressão osmótica
21 de abril de 2021
Polímeros são vesículas poliméricas auto-montadas que são formadas em formas esféricas para minimizar a Energia Livre de Gibb. No caso da entrega de medicamentos, estruturas mais alongadas são benéficas. Este protocolo estabelece métodos para criar mais polímeros parecidos com varas, com proporções alongadas, usando sal para induzir pressão osmótica e reduzir os volumes de vesículas internas.
A forma de nanopartículas influencia a absorção celular, mas trabalhos limitados foram feitos para mudar a forma dos polímeros. Este protocolo demonstra como alongar polímeros para aplicações aprimoradas de entrega de medicamentos. Esta técnica fornece uma abordagem simples que pode criar muitas formas polimeras diferentes com aplicações potenciais na entrega de drogas, pseudo células ou para outros campos inexplorados.
Polímeros alongados podem fornecer simultaneamente drogas hidrofóbicas e hidrofílicas e mais facilmente nas células. Esta técnica poderia ajudar a transportar drogas através da barreira hemencefálica, abordando um grande desafio médico. Para começar, dissolva 0,015 gramas de poliéster selecionado em um mililitro de DMSO por vórtice por 15 minutos e configure o aparelho de injeção de solvente.
Coloque a placa inicial logo abaixo da bomba de seringa vertical e coloque uma bile de vidro de cinco mililitros com um mililitro de água deionizada tipo dois em uma barra estelar em miniatura na placa de mexida. Ajuste a altura das bombas de seringa para permitir que a ponta da agulha esteja totalmente imersa na água desionizada tipo dois e ajuste a taxa de infusão da bomba de seringa para cinco microliters por minuto. Realize a injeção de solvente desenhando a solução de solvente orgânico e poliéster em uma agulha de calibre 27.
Coloque a agulha na bomba de seringa e certifique-se de que ela está segura. Ajuste o bloco de empurrador para tocar na extremidade do êmbolo da seringa. Inicie a placa de mexida para que a água esteja girando a 100 rotações por minuto e, em seguida, inicie a bomba de seringa.
Uma vez que a bomba de seringa tenha infundido totalmente o solvente orgânico e o polímero na água, remova a barra de agitação e tampa o vidro vil. Para caracterização do polímero através de dispersão dinâmica de luz ou DLS, adicione um mililitro de água com uma pequena porcentagem de solvente orgânico e polímero a um cuvette de um mililitro. Executei DLS colocando o cuvette no sistema e configurando a execução.
Leia o diâmetro ponderado de intensidade polímera e índice de polidispersidade ou PDI. Depois de lavar uma membrana de diálise de 300 kilodalton de acordo com os protocolos fornecidos pelo fabricante, adicione um mililitro de solução polímera no reservatório do dispositivo de diálise. Coloque o dispositivo de diálise no béquer de 250 mililitros com 150 mililitros de água deionizada tipo dois em uma placa de mexida.
Coloque a placa de mexida a uma velocidade que permita o movimento suave do dispositivo de diálise e deixe-a mexer durante a noite. Após a diálise concluída, extraia a solução de um mililitro polímero do dispositivo de diálise. Crie 150 mililitros de tampão de sal desejado com concentração de 50, 100 ou 200 mililitros de cloreto de sódio com base nas propriedades polimersomeas desejadas e mantenha a carga do dispositivo de diálise em 150 mililitros de solução de sal por 18 horas para mexer.
Após a modulação da forma, execute as medições de DLS. Preste especial atenção às medidas do PDI em comparação com os polímeros espirituais como uma mudança no PDI sugere uma mudança efetiva de forma nos polímeros. Use controles apropriados para imagens, especialmente polímeros modulados sem forma para garantir o sucesso do método.
A observação TEM dos polímeros baseados em PEG-PLA indicam uma estrutura esférica global com uma linha exterior mais espessa que é indicativa de uma membrana. Os polímeros apresentam-se como estruturas físicas e SEM com uma escova como camada exterior de PEG. Uma hora de diálise na água levou ao mesmo diâmetro médio global com a remoção do solvente diminuindo o diâmetro do polímero.
Quando são utilizadas concentrações iniciais maiores de solvente orgânico, são esperadas reduções de diâmetro maiores. Ao fazer os polímeros PEG-PLA, são esperadas mudanças modestas no PDI, o que pode indicar uma mudança de forma. Ao dialiser polímeros PEG-PLGA, que são ligeiramente mais hidrofóbicos do que polímeros PEG-PLA contra o sal, o aumento do PDI é mais consistente com o alongamento com todos os gradientes de sal explorados levando a um aumento do PDI.
Resultados semelhantes devem ser observados ao usar um gradiente de sal de 50 mililitros para causar uma mudança de forma, independentemente da hidrofóbica do poliéster. Enquanto isso, 100 e 200 milimônios de gradientes de sal de cloreto de sódio mostram a tendência direta de que o PDI delta aumenta com o aumento da hidrofóbica do poliéster. Imagens tem de polímeros PEG-PLA diariadas com 50 milhões de cloreto de sódio inferior mostraram com estomatócitos e hastes alongadas.
À medida que a concentração de sal aumentou para 100 milimilas, observou-se um aumento da formação de hastes com diminuição do número de estomatócitos. A diálise contra 200 polímeros milimilas formava prolatos mais consistentemente formados com proporções modestas. A parte mais desafiadora deste protocolo é fazer o polímero de forma consistente.
Por isso, é importante praticar o procedimento.
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Visão Geral
Este artigo apresenta um protocolo para a criação de polimerossomos alongados, que são vesículas poliméricas auto-montadas benéficas para a entrega de medicamentos. Ao usar sal para induzir pressão osmótica, os volumes internos das vesículas são reduzidos, resultando em estruturas semelhantes a bastões.
Componentes-Chave do Estudo
Área da Ciência
- Biomateriais
- Sistemas de Entrega de Medicamentos
- Nanotecnologia
Fundo
- Polimerossomos são tipicamente esféricos para minimizar a Energia Livre de Gibb's.
- Polimerossomos alongados podem melhorar a captação celular de medicamentos.
- Pesquisas limitadas têm focado na alteração da forma dos polimerossomos.
- Este estudo visa abordar a necessidade de diferentes formas de polimerossomos para várias aplicações.
Propósito do Estudo
- Demonstrar um método para alongar polimerossomos.
- Melhorar as capacidades de entrega de medicamentos dos polimerossomos.
- Explorar potenciais aplicações na entrega de medicamentos e pseudo células.
Métodos Utilizados
- Dissolva 0,015 gramas do poliéster selecionado em um mililitro de DMSO.
- Vortex a solução por 15 minutos.
- Configure o aparato de injeção de solvente.
- Utilize pressão osmótica para criar polimerossomos alongados.
Principais Resultados
- Criou com sucesso polimerossomos alongados com razões de aspecto aprimoradas.
- Demonstrou a capacidade de entregar medicamentos hidrofóbicos e hidrofílicos.
- Mostrou potencial para transportar medicamentos através da barreira hematoencefálica.
- Forneceu uma abordagem simples para gerar várias formas de polimerossomos.
Conclusões
- A técnica oferece um método promissor para melhorar os sistemas de entrega de medicamentos.
- Polimerossomos alongados podem abordar desafios médicos significativos.
- A exploração adicional das formas de polimerossomos pode levar a novas aplicações.
Perguntas Frequentes
Executive Industry Relevance
Polymersome shape directly impacts cellular uptake and drug delivery efficiency, with spherical geometries limiting therapeutic potential in vascular targeting. This salt-based osmotic modulation method enables controlled elongation of PEG-based polymersomes, improving margination in larger blood vessels and enhancing endothelial targeting. The approach supports dual-loading of hydrophobic and hydrophilic payloads while maintaining long-circulating properties, addressing key barriers in nanomedicine development.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of shape-dependent biological interactions and membrane trafficking pathways.
- Operational Value: Provides a tunable system for evaluating how aspect ratio influences target engagement and cellular internalization.
- Predictive Value: Supports mechanistic de-risking by correlating polymer hydrophobicity with shape transformation under defined osmotic conditions.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Generates monodisperse, shape-defined nanoparticle populations for consistent compound screening.
- Operational Value: Uses DLS and PDI as quantitative, scalable readouts for monitoring shape modulation efficacy across salt gradients.
- Assay Readiness: Produces elongated polymersomes suitable for high-throughput evaluation of drug release kinetics and biodistribution profiles.
Translational & Preclinical Research
- Scientific Value: Aligns with disease-relevant systems where nanoparticle margination in veins enhances endothelial targeting.
- Operational Value: Enables preclinical evaluation of elongated polymersomes in models of vascular delivery and blood-brain barrier penetration.
- Risk Mitigation: Reduces late-stage failure risk by validating shape-function relationships early in discovery.
Pipeline & Workflow Integration
This method fits within the discovery-to-preclinical continuum by enabling shape optimization after initial polymersome formulation, supporting lead identification through functional screening, and informing preclinical advancement via predictive biophysical profiling.
- Discovery Biology: Facilitates hypothesis testing on how nanoparticle geometry affects biodistribution and target cell engagement.
- Screening: Delivers reproducible, quantitative outputs (DLS intensity, PDI shifts) for comparing polymer-solvent-salt conditions.
- Analytics: Provides PDI as a sensitive, early indicator of shape change, enabling go/no-go decisions before imaging confirmation.
- Translational Research: Supports continuity from discovery to preclinical by linking salt-mediated elongation to improved vascular margination and drug delivery potential.
- Enterprise Reuse: Establishes a modular, salt-driven platform applicable across polyester-based block copolymers for sustained shape-control capability.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in nanoparticle behavior by de-risking shape-dependent biological interactions.
- Operational Value: Uses simple, scalable dialysis-based protocol with minimal instrumentation (stir plate, syringe pump, DLS).
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making by linking polymer hydrophobicity to shape outcomes under controlled osmotic stress.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization of polymer candidates based on shape tunability and delivery potential.
Implementation Considerations
- Requires expertise in polymer synthesis, solvent handling, and dialysis techniques.
- Needs access to syringe pumps, dialysis membranes, DLS, and imaging tools (TEM/SEM) for validation.
- Demands standardization of salt concentration, dialysis time, and polymer concentration across batches.
- Must account for variability in polyester hydrophobicity when selecting salt gradients (50–200 mM NaCl).
- Limited by challenges in achieving consistent polymersome formation, necessitating protocol optimization and user training.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:05
Introduction
0:45
Spherical Polymersome Formation Using a Solvent Injection Method
2:24
Dialysis to Remove Organic Solvent
3:05
Dialysis Against Salt Gradients and Shape Modulated Polymersome Characterization
3:50
Results: Modulating Shape of Polyester Based Polymersomes using Osmotic Pressure
5:36
Conclusion
