Summary
O método descreve a síntese combinatória de película de polianidrido biodegradáveis e bibliotecas de nanopartículas e de detecção de elevado débito de libertação de proteínas a partir destas bibliotecas.
Abstract
Polianidridos são uma classe de biomateriais com excelente biocompatibilidade e capacidade de entrega de drogas. Embora tenham sido estudados extensivamente com convencional de um exemplo de-a-um-tempo técnicas de síntese, uma abordagem mais recente de alto rendimento tem sido desenvolvido permitindo a síntese e teste de grandes bibliotecas de polianidridos 1. Isto irá facilitar a optimização mais eficiente e processo de concepção desses biomateriais para aplicações de entrega de drogas e vacinas. O método, neste trabalho descreve a síntese combinatória de película de polianidrido biodegradáveis e bibliotecas de nanopartículas e de detecção de elevado débito de libertação de proteínas a partir destas bibliotecas. Neste método roboticamente operado (Figura 1), os actuadores lineares e bombas de seringa são controlados por LabVIEW, que permite que um protocolo de mãos-livres automatizado, eliminando o erro do utilizador. Além disso, este método permite a fabricação rápida de bibliotecas de micro-escala de polímero, vermelhoucing o tamanho do lote, enquanto que resulta na criação de sistemas de multivariante polímero. Esta abordagem combinatória para a síntese do polímero facilita a síntese de até 15 diferentes polímeros em uma quantidade equivalente de tempo que seria necessário para sintetizar um polímero convencional. Além disso, a biblioteca combinatória de polímero pode ser fabricada em geometrias em branco ou proteína-carregado incluindo filmes ou nanopartículas mediante dissolução da biblioteca de polímero em um solvente e precipitação num não-solvente (por nanopartículas), ou por secagem sob vácuo (para filmes). Durante o carregamento de uma proteína conjugados com fluorocromos para as bibliotecas de polímeros, a cinética de libertação de proteína podem ser avaliadas em alto rendimento, utilizando um método de detecção de fluorescência de base (Figuras 2 e 3), conforme descrito anteriormente 1. Esta plataforma combinatória foi validado com métodos convencionais de 2 e a película de polianidrido e bibliotecas de nanopartículas foram caracterizadas com
Protocol
1. Combinatória de Polímeros Síntese Library (Variando em Polymer Química) - veja a Figura 1 para a configuração Robotic
- Dissolver cada monómero na apropriada (concentração = 25 mg / ml) com solvente e carregar cada para uma seringa de 10 cc de gás apertado.
- Anexar os solventes tubos capilares de bloqueio lure resistentes ao final de cada seringa.
- Coloque as seringas nas bombas de seringa (New Era bombas de seringa Programáveis) e bloquear a posição.
- Definir os actuadores lineares (Zaber) para a posição de partida.
- Usando pinças do suporte do anel, a posição final de ambos os tubos capilares para dentro do frasco de partida / poço de deposição de monómero.
- Inicie o programa de LabVIEW, que bombeia volumes variáveis de cada monómero em cada poço, dependendo da composição do copolímero pretendido. Isto é conseguido no programa, instruindo o actuador do eixo Z para baixar os tubos capilares para dentro do frasco / recipiente e, em seguida, cada bomba para distribuir o volume desejado. Next, o programa instrui o Z-actuador para retornar à sua posição de repouso e os X e Y actuadores para mover para a posição seguinte do frasco / recipiente. Esta é realizada até que cada poço tem o volume desejado de monómero depositado nele.
- Na sequência de deposição de monómero, a biblioteca de monómero multi-poços ou multi-frasco é transferido para um forno a vácuo pré-aquecido e incubou-se sob vácuo, durante a duração da reacção de polimerização de condensação. Para CPH: SA síntese a reacção é realizada a 180 ° C, 0,3 torr, durante 1,5 horas, mas estas condições de reacção irá variar entre os diferentes sistemas de polímeros.
2. Combinatória em branco e Proteína-carregado nanopartículas de polímeros e Fabricação Film Library - veja a Figura 1 para a instalação robótica
- A seringa na bomba de seringa em primeiro lugar programável é preenchido com um solvente (biblioteca em branco) ou com um solvente de proteínas dispersas nele (proteína-loaded biblioteca), enquanto a seringa na segunda seringabomba é deixada em branco. Tubos para o fabrico de nanopartículas no porta-amostras adjacentes são preenchidos com o não-solvente (proporção de solvente para não-solvente é de 1 a 100). Para a fabricação de uma película placa multi-poços vazios é utilizado em vez dos tubos de amostra no suporte adjacente.
- Utilizando o programa de LabVIEW, o solvente é depositado em todos os frascos de polímero / poços da biblioteca (concentração = 20 mg / ml) e incubou-se durante 1-5 minutos. Um passo opcional sonicação (30 seg a 40 Hz) pode ser introduzido para assegurar a dissolução completa do polímero.
- Em seguida, ao iniciar um programa LabVIEW separado, a amostra é retirada para a seringa vazia, e depositados na sua correspondente tubo de poço não solvente (nanopartículas) ou vazio (filmes) no porta-amostras adjacentes.
- Este processo realiza-se, para cada composição da biblioteca de polímero discretas.
- A nanopartícula ou biblioteca de película é então colocado numa câmara de vácuo para a remoção de solvente e não-solvente (a libra nanopartículary também podem ser recuperados através de filtração por vácuo).
3. Alto rendimento de Lançamento Cinética Proteína
- Para investigar high-throughput cinéticas de libertação de proteína a partir de uma biblioteca de polímeros, de 96 de profundidade welled (2 ml / poço), a placa de polipropileno é modificado de tal modo que a parte superior de 1/3 a parede do poço, em colunas adjacentes (ex: A e B, C e D, E e F, G e H) é removido para as cavidades adjacentes. Os filmes carregados de proteína devem ser fabricados em ou as nanopartículas transferido para esta placa para realizar estudos de alto rendimento de libertação cinética. As amostras de proteína-carregado de nanopartículas ou película tem de ser colocado apenas em um poço das colunas adjacentes (ex: A, C, E e G). Veja a Figura 4 para detalhes.
- Após a transferência das nanopartículas de libertação da placa de fundo 96-welled, as partículas são deixadas assentar. Tampão PBS (0,1 mM, pH 7,4) é lentamente adicionada a cada poço de amostra (colunas A, C, E e G) e, em seguida, a cada poço vizinho (colunas B, D, F e H), até que os poços são cheios e o tampão é de fluxo livre entre os poços adjacentes. Para as nanopartículas, este processo necessita de ser efectuado com cuidado extra para assegurar que as partículas permaneçam no fundo do poço de amostra (colunas A, C, E e G) e não transferido para a libertação contígua bem (colunas B, D, F , e H). Em alguns casos, a centrifugação é necessária para localizar as amostras de nanopartículas na parte inferior do poço de amostra (colunas A, C, E e G).
- Em seguida, a placa de libertação é fechado com uma tampa e colocada à temperatura desejada (isto é, 37 ° C), sob agitação, durante a duração da experiência.
- Em pontos de tempo incremental (ie 0,04, 1, 2, 3, 5, 7, 9, 12, 15, 19, 24, e 30 dias) a quantidade de proteína liberada conjugado com fluorocromo é quantificado utilizando um scanner plano Typhoon 9400 Fluorescente ( GE Healthcare). O prato de liberação é colocada sobre a superfície do scanner, digitalizados utilizando o laser de excitação e emissão adequados filters, e a intensidade de fluorescência da proteína libertada nas cavidades de libertação (colunas B, D, F e H) é quantificado (Quant Imagem). Sugere-se que os padrões de concentrações conhecidas de proteína ser incluídos na placa de poço para calcular a quantidade de proteína e de contabilidade para a têmpera fluorocromo.
4. Resultados representativos
Após o fabrico da biblioteca de polímeros, caracterização foi efectuada com 1 H RMN, GPC, e FTIR para validar este método combinatorial 1,7,8,11. Gama de pesos moleculares de 10,000-20,000 g / mol, índice varia polidispersão 1,5-3,0, e composição química tem sido mostrado para ser preciso e de acordo com métodos convencionais de síntese de polianidrido 12-15. Do mesmo modo, as imagens de SEM das bibliotecas de nanopartículas apresentaram morfologia superficial similar, tamanho e distribuição de tamanho como a de nanopartículas convencionalmente fabricadas 2. Proteína de liberação kinetics a partir de nanopartículas de polianidrido ou películas é levada a cabo numa placa modificada bem como descrito anteriormente 1. Os resultados revelaram uma libertação de ordem aproximada de zero, com ou sem uma explosão depende da carga de proteína e da química do polímero (Figuras 2 e 3) 1,12,14,16.
Figura 1. Combinatorial película de polímero e o aparelho de fabricação de nanopartículas.
Figura 2 High-throughput libertação de Texas Red albumina de soro bovino (TRBSA) a partir de um CPH:. SA biblioteca de nanopartículas de polímero. SA químicos ricos polímero encapsulado TRBSA libertar o mais rapidamente, ao passo que produtos químicos CPH-ricos polímero libertar o mais lento. As barras de erro representam desvio padrãoção e n = 4. Reproduzido com a permissão de Petersen et. al. 1. Copyright 2010 American Chemical Society.
Figura 3 High-throughput libertação de Texas Red albumina de soro bovino (TRBSA) a partir de um CPTEG:. CPH biblioteca película de polímero. Químicas CPTEG ricos polímero encapsulado TRBSA libertar o mais rapidamente, ao passo que produtos químicos CPH-ricos polímero libertar o mais lento. As barras de erro representam o desvio padrão e n = 3.
Figura 4. Imagem mostrando dois poços vizinhos "antes" e modificação "depois" na placa de polipropileno de 96 profundidade de poços. A modificação da imagem "depois" da direita, também descreve a adição de uma película de polímero (parte inferior do lado esquerdo poço) com uma molécula fluorescente encapsuladoser libertado entre os dois poços numa solução tampão. A molécula fluorescente libertado é então detectada no muito bem.
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Discussion
O conhecimento das condições de síntese necessários e as temperaturas de transição vítrea (T g s) dos polímeros a ser sintetizados são essenciais para o fabrico de biblioteca. Se o T g s estão abaixo da temperatura ambiente, o passo de fabrico de nanopartículas podem ter de ser realizado num ambiente com temperatura controlada abaixo da Tg dos polímeros. Além disso, o cuidado deve ser tomado para assegurar que todo o equipamento que entra em contato com altas temperaturas e os solventes devem estar preparados para lidar com essas condições. Vários dos parâmetros deste protocolo pode ser ajustado (ou seja, a temperatura, vácuo, os tempos de incubação, os solventes, os não-solventes, concentração de polímero, os rácios de solventes não-solvente, etc) para acomodar sistemas de polímeros diferentes para a síntese ou a partícula / filme de fabricação. Em alguns casos, as nanopartículas não são estáveis em solventes por períodos de tempo longos (suficiente para a remoção do solvente por secagem a vácuo), de modo alternativo rem dois solventemétodos oval pode ser utilizada. 1) As partículas podem ser lentamente centrifugado, o solvente sobrenadante decantado, e as restantes partículas secas ou 2) as partículas podem ser separados por filtração sob vácuo e depois secou-se. Após a fabricação de nanopartículas em branco ou proteína-carregado / filmes, de alto rendimento de caracterização ou testes podem ser conduzidos para examinar os biomateriais para a proteína, celular ou interações hospedeiro. Esta metodologia de alto rendimento permite a optimização do desempenho do biomaterial rápida para a aplicação desejada.
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Disclosures
Não há conflitos de interesse declarados.
Acknowledgments
Os autores reconhecem o Prêmio ONR MURI-(NN00014-06-1-1176) e os EUA Army Medical Research e de Material Command (Grant No. W81XWH-10-1-0806) de apoio financeiro. Este material é baseado num trabalho apoiado pela National Science Foundation, Grant CEE n º 0552584 e 0851519.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Motorized XYZ Stage: 3x T-LSM050A, 50 mm travel per axis | Zaber Technologies | T-XYZ-LSM050A-KT04 | |
| NE-1000 Single Syringe Pump | New Era Pump Systems | NE-1000 | |
| Pyrex* Vista* Rimless Reusable Glass Culture Tubes | Corning | 07-250-125 | |
| Glass cuvettes | Scientific Strategies | G102 | |
| LabVIEW | National Instruments | 776671-35 | |
| SGE Gas Tight Syringes, Luer Loc | Sigma Aldrich | 509507 | |
| U96 DeepWell Plates 1.3 ml & 2.0 ml | Thermo Scientific: Nunc | 278743 | |
| Well cap mats | Thermo Scientific: Nunc | 276000 | |
| Typhoon 9400 | GE Healthcare | 63-0055-79 | |
| Whatman Grade 50 Circles 90 mm | Whatman | 1450-090 |
References
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