High-throughput synthese van koolhydraten en functionalisering van polyanhydride Nanodeeltjes
Summary
In dit artikel wordt een hoge doorvoer methode voorgesteld voor de synthese van Oligosacchariden en de bevestiging aan het oppervlak van polyanhydride nanodeeltjes voor verder gebruik in voor specifieke receptoren op antigeen-presenterende cellen.
Abstract
Transdisciplinaire aanpak waarbij gebieden zoals materiaal ontwerp, nanotechnologie, chemie, en immunologie moeten worden gebruikt voor het rationeel ontwerpen van vaccins effectief dragers. Nanodeeltjes op basis van platforms kunnen verlengen het voortbestaan van het vaccin antigenen, die zouden kunnen verbeteren vaccin immunogeniciteit 1. Verschillende biologisch afbreekbare polymeren zijn bestudeerd als vaccin bestelwagens 1, in het bijzonder, polyanhydride deeltjes hebben aangetoond dat de mogelijkheid om langdurige afgifte van stabiele eiwit antigenen te geven en antigeen presenterende cellen te activeren en te moduleren immuunreacties 2-12.
De moleculaire ontwerp van deze vaccins dragers moet integreren rationele selectie van polymeer eigenschappen en het aanbrengen van geschikte aangrijpende middelen. Hoge-doorvoer geautomatiseerde fabricage van targeting liganden en gefunctionaliseerde deeltjes is een krachtige tool die de mogelijkheid om een breed r studie zal verbeterenange van eigenschappen en zal leiden tot het ontwerp van reproduceerbare vaccin levering apparaten.
De toevoeging van targeting liganden kunnen worden herkend door specifieke receptoren op immuuncellen is aangetoond moduleren en op maat immuunresponsen 10,11,13 C-type lectin receptoren (CLRs) zijn patroonherkenning receptoren (PRRS) erkennen dat koolhydraten de oppervlak van pathogenen. Het stimuleren van immuuncellen via CLRs zorgt voor een betere internalisering van antigeen en de daaropvolgende presentatie voor meer T-cel activatie 14,15. Daarom koolhydraatmoleculen een belangrijke rol spelen bij de studie van immuunresponsen, maar het gebruik van deze biomoleculen vaak te lijden van het niet beschikbaar van structureel goed gedefinieerde en pure koolhydraten. Een platform voor het automatiseren op basis van iteratieve oplossing-fase reacties kunnen zorgen voor een snelle en gecontroleerde synthese van deze synthetische moleculen met behulp van uitdagende significant lager bOUWEN blok hoeveelheden dan de traditionele vaste-fase-methoden 16,17.
Hierin rapporteren we een protocol voor de geautomatiseerde oplossing-fase synthese van oligosacchariden, zoals mannose-based targeting liganden met fluorous solid-phase extractie voor tussentijdse zuivering. Na de ontwikkeling van geautomatiseerde methoden om het koolhydraat-gebaseerde targeting agent maken we schrijven werkwijzen voor hun bevestiging op het oppervlak van polyanhydride nanodeeltjes toepassing van een automatische robot opstelling die door LabVIEW zoals eerder beschreven 10. Oppervlakte functionalisering met koolhydraten is de effectiviteit aangetoond bij de opsporing van CLRs 10,11 en het verhogen van de doorvoersnelheid van de fabricage methode om opgraven van de complexiteit geassocieerd met een multi-parametrische systeem zal van grote waarde zijn (figuur 1a).
Protocol
Discussion
De werkzaamheid van koolhydraten aangrijpende middelen rechtstreeks nanodeeltjes interacties immuuncellen is eerder aangetoond 10, 11. Eerder onderzoek in laboratoria hebben aangetoond dat specifieke suikers aan polyanhydride nanodeeltjes kunnen verschillende CLRs richten op antigeen presenterende cellen (APC's), waardoor de activatie van immuuncellen wat belangrijk kan zijn voor verdere T cel activatie 10, 11. Echter, om een optimaal richten op een aantal parameters, zoals de polyanhydri…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs willen graag de US Army Medical Research en Materieel Command bedanken (Grant # W81XWH-10-1-0806) en de National Institutes of Health (Grant # U19 AI091031-01 en Grant # 1R01GM090280) voor financiële steun. BN erkent de Balloun hoogleraar in de chemische en biologische engineering en NLBP erkent de Wilkinson Lectoraat Interdisciplinair Engineering. Wij danken Julia Vela voor haar assistentie bij het uitvoeren van de nanodeeltjes functionalisering experimenten.
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).
