High-throughput Syntese af kulhydrater og Funktionalisering af polyanhydridet Nanopartikler
Summary
I denne artikel er en high throughput fremgangsmåde præsenteres til syntese af oligosaccharider og deres fastgørelse til overfladen af polyanhydrid nanopartikler til yderligere anvendelse i målretning specifikke receptorer på antigenpræsenterende celler.
Abstract
Tværfaglig tilgang med inddragelse af områder som materielt design, nanoteknologi, kemi og immunologi skal udnyttes til rationelt at designe effektive vacciner luftfartsselskaber. Nanopartikel-baserede platforme kan forlænge eksistensen af vaccineantigener, hvilket kan forbedre vaccinens immunogenicitet 1. Flere biologisk nedbrydelige polymerer har været undersøgt som vaccine leveringsvehikler 1, i særdeleshed, har polyanhydrid partikler demonstreret evne til at tilvejebringe langvarig frigivelse af stabile protein-antigener, og at aktivere antigenpræsenterende celler og modulere immunreaktioner 2-12.
Den molekylære konstruktion af disse vaccine bærere må integrere en rationel udvælgelse af polymere egenskaber såvel som inkorporering af passende målrettende midler. Høj gennemløb automatiseret fremstilling af målretning ligander og funktionaliserede partikler er et kraftfuldt værktøj, der vil øge muligheden for at studere en bred range af egenskaber og vil føre til udformningen af reproducerbare vaccine tilførselsanordninger.
Tilsætningen af målretning ligander, der kan genkendes af specifikke receptorer på immunceller er blevet vist at modulere og skræddersy immunresponser 10,11,13 C-type lectin receptorer (CLR) er mønstergenkendelse receptorer (PRRS), som genkender kulhydrater til stede på overflade af patogener. Stimulering af immunceller via CLR tillader forøget internalisering af antigen og efterfølgende præsentation for yderligere T-celleaktivering 14,15. Derfor carbohydratmolekyler spiller en vigtig rolle i studiet af immunresponser, men anvendelsen af disse biomolekyler ofte lider af manglende tilgængelighed af strukturelt veldefinerede og rene kulhydrater. En automatisering platform baseret på iterativ løsning-fase reaktioner kan aktivere hurtig og kontrolleret syntese af disse syntetisk udfordrende molekyler ved hjælp af betydeligt lavere bPBYGNING blok mængder end traditionelle fastfase-metoder 16,17.
Heri vi rapportere en protokol for automatiseret løsning-fase syntese af oligosaccharider, såsom mannose-baserede rettet ligander med fluorous fast-fase-ekstraktion for mellemliggende rensning. Efter udvikling af automatiserede metoder til at gøre det kulhydrat-baserede targetingmiddel, beskriver vi fremgangsmåder til deres fastgørelse på overfladen af polyanhydrid nanopartikler anvendelse af et automatiseret robot, der er nedsat drives LabVIEW som tidligere beskrevet 10. Overflade funktionalisering med kulhydrater har vist effekt i at målrette CLR 10,11 og øge gennemløb af fabrikation metode til at afdække kompleksiteten forbundet med en multi-parametrisk system vil være af stor værdi (figur 1a).
Protocol
Discussion
Effekten af kulhydrater som målrettende midler til direkte nanopartikel interaktioner til immunceller er tidligere blevet demonstreret 10, 11. Tidligere forskning i vore laboratorier har vist, at specifikke sukkere knyttet til polyanhydrid nanopartikler stand til at målrette forskellige CLR på antigenpræsenterende celler (APC'er) og dermed forbedre aktivering af immunceller, som kan være vigtige for yderligere T-celleaktivering 10, 11. Men for at opnå optimal målrette flere parametre, s?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne vil gerne takke den amerikanske hær Medical Research og Materiel Kommando (Grant # W81XWH-10-1-0806) og National Institutes of Health (Grant # U19 AI091031-01 og Grant # 1R01GM090280) for finansiel støtte. BN anerkender den Balloun professoratet i kemiske og biologiske Engineering og NLBP anerkender Wilkinson professor i Interdisciplinary Engineering. Vi takker Julia Vela for sin bistand til gennemførelsen af nanopartikel funktionalisering eksperimenter.
Materials
| Name | Company | Catalog number |
| 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 |
| ASW 1000 | Chemspeed Technologies | |
| LabVIEW | National Instruments | 776671-35 |
| SGE Gas Tight Syringes, Luer Loc | Sigma Aldrich | 509507 |
| XL-2000 Sonicator | Qsonica | Q55 |
| Mini-tube rotator | Fisher Scientific | 05-450-127 |
References
- Zepp, F. Principles of vacine design-lessons from nature. Vaccine. 28, C14-C24 (2010).
- Ulery, B. D., Phanse, Y., Sinha, A., Wannemuehler, M. J., Narasimhan, B., Bellaire, B. H. Polymer chemistry influences monocytic uptake of polyanhydride nanospheres. Pharm. Res. 26, 683-690 (2009).
- Torres, M. P., Wilson-Welder, J. H., Lopac, S. K., Phanse, Y., Carrillo-Conde, B., Ramer-Tait, A. E. Polyanhydride microparticles enhance dendritic cell antigen presentation and activation. Acta Biomater. 7, 2857-2864 (2011).
- Torres, M. P., Determan, A. S., Anderson, G. L., Mallapragada, S. K., Narasimhan, B. Amphiphilic polyanhydrides for protein stabilization and release. Biomaterials. 28, 108-116 (2007).
- Petersen, L. K., Ramer-Tait, A. E., Broderick, S. R., Kong, C. S., Ulery, B. D., Rajan, K. Activation of innate immune responses in a pathogen-mimicking manner by amphiphilic polyanhydride nanoparticle adjuvants. Biomaterials. 32, 6815-6822 (2011).
- Petersen, L. K., Xue, L., Wannemuehler, M. J., Rajan, K., Narasimhan, B. The simultaneous effect of polymer chemistry and device geometry on the in vitro activation of murine dendritic cells. Biomaterials. 30, 5131-5142 (2009).
- Lopac, S. K., Torres, M. P., Wilson-Welder, J. H., Wannemuehler, M. J., Narasimhan, B. Effect of polymer chemistry and fabrication method on protein release and stability from polyanhydride microspheres. J. Biomed. Mater. Res. B. 91, 938-947 (2009).
- Determan, A. S., Wilson, J. H., Kipper, M. J., Wannemuehler, M. J., Narasimhan, B. Protein stability in the presence of polymer degradation products: Consequences for controlled release formulations. Biomaterials. 27, 3312-3320 (2006).
- Determan, A. S., Lin, V. S. Y., Nilsen-Hamilton, M., Narasimhan, B. Encapsulation, stabilization, and release of BSA-FITC from polyanhydride microspheres. J. Controlled Release. 100, 97-109 (2004).
- Chavez-Santoscoy, A., Roychoudhury, R., Ramer-Tait, A. E., Pohl, N. L. B., Wannemuehler, M. J., Narasimhan, B. Tailoring the immune response of alveolar macrophages by targeting different C-type lectin receptors using “pathogen-like” amphiphilic polyanhydride nanoparticles. Biomaterials. , (2011).
- Carrillo-Conde, B., Song, E. -. H., Chavez-Santoscoy, A., Phanse, Y., Ramer-Tait, A., Pohl, N. L. Mannose-functionalized “pathogen-like” polyanhydride nanoparticles target C-type lectin receptors on dendritic cells. Mol. Pharmaceutics. 8, 1877-1886 (2011).
- Carrillo-Conde, B., Schiltz, E., Torres, M. P., Yu, J., Phillips, G., Minion, C. Amphipilic polyanhydrides for stabilization of Yersinia pestis antigens. Acta. Biomater. 6, 3110-3119 (2010).
- Reddy, S. T., Swartz, M. A., Hubbell, J. A. Targeting dendritic cells with biomaterials: developing the next generation of vaccines. Trends Immunol. 27, 573-580 (2006).
- Higashi, N., Fujioka, K., Denda-Nagai, K., Hashimoto, S., Nagai, S., Sato, T. The macrophage C-type lectin specific for galactose/N-acetylgalactosamine is an endocytic receptor expressed on monocyte-derived immature dendritic cells. J. Biol. Chem. 277, 20686 (2002).
- Geijtenbeek, T. B. Signalling through C-type lectin receptors: shaping immune responses. Nat. Rev. Immunol. 9, 465-479 (2009).
- Seeberger, P. H. Automated oligosaccharide synthesis. Chem. Soc. Rev. 37, 19-28 (2008).
- Seeberger, P. H. Automated Carbohydrate Synthesis as Platform to Address Fundamental Aspects of Glycobiology-Current Status and Future Challenges. Carb. Res. 343, 1889-1896 (2008).
- Jaipuri, F. A., Pohl, N. L. Toward solution-phase automated iterative synthesis: fluorous-tag assisted solution-phase synthesis of linear and branched mannose oligomers. Org. Biomol. Chem. 6, 2686-2691 (2008).
- Petersen, L. K., Chavez-Santoscoy, A., Narasimhan, B. Combinatorial synthesis of and high-throughput protein release from polymer film and nanoparticle libraries. J. Vis. Exp. , (2011).
- Song, E. -. H., Osanya, A. O., Petersen, C. A., Pohl, N. L. B. Synthesis of multivalent tuberculosis and Leishmania-associated capping carbohydrates reveals structure-dependent responses allowing immune evasion. J. Am. Chem. Soc. 132, 11428-11430 (2010).
- Hakamori, S. Aberrant glycosylation in tumor and tumor associated carbohydrate antigens. Adv. Cancer Res. 59, 257-331 (1989).
- Atherton, T., Sheppard, R. C. . Solid-phase peptide synthesis: a practical approach. , (1999).
- Caruthers, M. H. Gene synthesis machines: DNA chemistry and the uses. Science. 230, 281-285 (1985).
- Plante, O. J., Palmacci, E. R., Seeberger, P. H. Automated solid- phase synthesis of oligosaccharides. Science. 291, 1523-1527 (2001).
- Ko, K. -. S., Park, G., Yu, Y., Pohl, N. L. Protecting group-based colorimetric monitoring of fluorous-phase and solid-phase synthesis of oligoglucosamines. Org. Lett. 10, 5381-5384 (2008).
- Pohl, N. L., Chen, X. H. R., Wang, G. P. Automated solution-phase oligosaccharide synthesis and carbohydrate microarrays: development of fluorous-based tools for glycomics. Chemical Glycobiology. , 272-287 (2008).
