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Bioengineering

नियंत्रित दवा रिलीज के लिए चुंबकीय क्षेत्र उत्तरदायी हाइब्रिड जिलेटिन Microgels बारी

Published: February 13, 2016 doi: 10.3791/53680
Automatic Translation
*1,2, *1, *1, 1, 2,3, 1
1Department of Biological Sciences, Kent State University, 2Liquid Crystal Institute, Kent State University, 3Chemical Physics Interdisciplinary Program, Kent State University
* These authors contributed equally

Summary

हम यह है कि चुंबक thermally उत्तरदायी एक biodegradable जिलेटिन आधारित दवा रिहाई मंच के निर्माण के लिए एक सतही तरीका मौजूद है। यह एक बारी चुंबकीय क्षेत्र आवेदन प्रणाली के साथ एक गोलाकार जिलेटिन सूक्ष्म नेटवर्क genipin द्वारा crosslinked भीतर superparamagnetic लोहे के आक्साइड नैनोकणों और पाली (एन isopropylacrylamide- सह -acrylamide) शामिल है, संयोजन के रूप में हासिल की थी।

Abstract

चुंबकीय उत्तरदायी नैनो / सूक्ष्म इंजीनियर biomaterials कि एक कसकर नियंत्रित, पर मांग दवा वितरण सक्षम जैव चिकित्सा अनुप्रयोगों के लिए स्मार्ट मुलायम उपकरणों के नए प्रकार के रूप में विकसित किया गया है। हालांकि चुंबकीय उत्तरदायी दवा वितरण प्रणाली के एक नंबर के अध्ययन की अवधारणा या विवो preclinical अनुप्रयोगों में या तो इन विट्रो सबूत के माध्यम से efficacies का प्रदर्शन किया है, नैदानिक ​​सेटिंग में उनके उपयोग अभी भी उनके अपर्याप्त biocompatibility या biodegradability द्वारा सीमित है। साथ ही, मौजूदा प्लेटफार्मों में से कई अपने fabrications के लिए अत्याधुनिक तकनीक पर भरोसा करते हैं। हमने हाल ही में शारीरिक रूप से एक तीन आयामी जिलेटिन नेटवर्क के भीतर एक छोटे घटक के रूप में पाली (एन-isopropylacrylamide- सह -acrylamide) चेन entrapping से biodegradable, जिलेटिन आधारित थर्मामीटरों उत्तरदायी microgel के निर्माण का प्रदर्शन किया। इस अध्ययन में, हम देखते हैं कि एक चुंबक टी सक्षम बनाता है एक biodegradable दवा रिहाई मंच के निर्माण के लिए एक सतही तरीका मौजूद हैhermally दवा रिहाई शुरू हो गया। यह एक बारी चुंबकीय क्षेत्र आवेदन प्रणाली के साथ जिलेटिन आधारित कोलाइडयन microgels भीतर superparamagnetic लोहे के आक्साइड नैनोकणों और थर्मामीटरों उत्तरदायी पॉलिमर शामिल है, संयोजन के रूप में हासिल की थी।

Introduction

उत्तेजनाओं उत्तरदायी दवा वितरण प्रणाली है कि या तो अंतर्जात या exogenous उत्तेजनाओं के जवाब में एक कसकर नियंत्रित दवा वितरण सक्षम (जैसे।, तापमान या पीएच) बड़े पैमाने पर दवा वितरण के लिए स्मार्ट मुलायम उपकरणों के नए प्रकार के रूप में जांच की गई है। Microscale हाइड्रोजेल में व्यापक रूप से चलाया हुआ है कि वे और टिकाऊ दवा रिहाई प्रोफाइल के रूप में अच्छी तरह से ट्यून करने योग्य रासायनिक और यांत्रिक गुणों 1-3 प्रदान एक दवा वितरण मंच के रूप में नियोजित किया गया है। विशेष रूप से, कोलाइडयन microgels बाहरी उत्तेजनाओं और एक न्यूनतम इनवेसिव तरीके 4 में स्थानीय ऊतक के लिए उपयुक्त injectability करने के लिए उनके तेजी से जवाबदेही के कारण दवा वितरण के लिए एक वाहन के रूप में कई फायदे दिखा रहे हैं। पाली (एन-isopropylacrylamide) (pNIPAM) या इसके copolymers व्यापक रूप से जिलेटिन, chitosan, alginate एसिड, या hyaluronic एसिड सहित biodegradable / biocompatible पॉलिमर के साथ pNIPAM ग्राफ्टिंग द्वारा थर्मामीटरों उत्तरदायी microgels synthesizing में अपनाया गया है 5,6है, जिसमें इसकी कम महत्वपूर्ण समाधान तापमान (LCST) पर pNIPAM के एक चरण संक्रमण विशेषता दवा रिहाई 7 की एक ट्रिगर के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। हमने हाल ही में पाली को शामिल करके biodegradable, जिलेटिन आधारित थर्मामीटरों उत्तरदायी microgel की एक निर्माण प्रदर्शन (एन isopropylacrylamide- सह -acrylamide) [पी (NIPAM- सह -AAm)] तीन आयामी जिलेटिन नेटवर्क 8 के भीतर एक छोटे घटक के रूप जंजीरों। जिलेटिन / पी (NIPAM- सह -AAm) microgel तापमान में वृद्धि, जो सकारात्मक गोजातीय सीरम albumin (बीएसए) की रिहाई के लिए सहसंबद्ध करने के लिए एक ट्यून करने योग्य deswelling प्रदर्शन किया।

पिछले कई वर्षों के दौरान, वहाँ एक चुंबकीय उत्तरदायी दवा वितरण मंच है कि एक मांग पर फैशन 9,10 में दवा की रिहाई को ट्रिगर कर सकते हैं विकसित करने के प्रयासों में वृद्धि की है। चुंबकीय उत्तरदायी दवा वितरण मंच के संश्लेषण के लिए बुनियादी सिद्धांत superparamagnetic नैनोकणों की विशेषता (इस्तेमालMNPS) गर्मी पैदा करने के लिए जब वे एक उच्च आवृत्ति चुंबकीय क्षेत्र (AMF) है, जो एक तापमान के प्रति संवेदनशील दवा रिहाई हो सके बारी प्राप्त करते हैं। यह इस प्रणाली के ऊतकों में गहरी लक्षित कर सकते हैं कि भविष्य में नैदानिक ​​अनुप्रयोगों के लिए वादा है, एक गैर-आक्रामक और दूर से नियंत्रित दवा रिहाई सक्षम बनाता है और अतिताप उपचार और चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग प्रणाली 10-12 के साथ जोड़ा जा सकता है। इस तरह के प्लेटफॉर्म में शामिल हैं: (1) MNPS / pNIPAM संकर microgel कणों 13-15 और (2) स्थूल हाइड्रोजेल scaffolds स्थिर को शामिल MNPS 16-18। pNIPAM आधारित microgel प्लेटफार्मों चुंबक थर्मल उत्तेजनाओं को एक पतले-ट्यून करने योग्य मात्रा चरण संक्रमण जवाबदेही का प्रदर्शन किया। हालांकि, वे अभी भी निर्माण और एक उच्च सामग्री के साथ pNIPAM पॉलिमर के उपयोग में जटिल और परिष्कृत तकनीक पर भरोसा करते हैं संभवतः 19 कोशिकाओं है, जो उनके vivo अनुप्रयोगों को सीमित कर सकता साइटोटोक्सिक जा सकता है। स्थूल scaffolds के एक रिश्तेदार का प्रदर्शनLy बाहरी उत्तेजनाओं को धीमी प्रतिक्रिया और कोलाइडयन microgels की तुलना में एक इनवेसिव शल्य प्रत्यारोपण की आवश्यकता होती है।

पानी में तेल emulsification मानक विधि submillimeter या माइक्रोमीटर आकार जेल कणों 20 के उत्पादन के लिए किया गया है। पायस का पानी तेल इंटरफेस में microgel कण यांत्रिक कतरनी बल के तहत छोटी बूंद पानी की सतह ऊर्जा के न्यूनतम के कारण एक गोलाकार आकृति बनाता है। इस पद्धति का एक सरल प्रक्रिया निर्माण में जलीय गोलाकार जेल बूंदों की एक बड़ी राशि के उत्पादन की अनुमति देता है और सफलतापूर्वक दवा वितरण अनुप्रयोगों के लिए 21-23 जिलेटिन आधारित microgels fabricating के लिए अपनाया गया है।

यहाँ, हम पानी में तेल emulsification विधि को रोजगार से दवा वितरण आवेदन के लिए एक magnetothermally उत्तरदायी जिलेटिन आधारित microgels के संश्लेषण के लिए एक सतही तरीका मौजूद है। यह शारीरिक रूप से शामिल करने लोहे के आक्साइड MNPS और पी (NIPAM- सह द्वारा प्राप्त किया गया था -AAM) एक गोलाकार microscale जिलेटिन नेटवर्क है कि है covalently एक स्वाभाविक रूप से व्युत्पन्न crosslinker genipin द्वारा, संयोजन के रूप में एक उच्च आवृत्ति चुंबकीय क्षेत्र (AMF) आवेदन प्रणाली के साथ बारी crosslinked के भीतर एक छोटे घटक के रूप जंजीरों।

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Protocol

नोट: चुंबकीय क्षेत्र उत्तरदायी जिलेटिन microgels fabricating की समग्र प्रक्रिया चित्रा 1 ए में सचित्र है।

1. तैयारी समाधान और निलंबन

  1. फॉस्फेट बफर खारा के 2 मिलीलीटर में genipin के 20 मिलीग्राम भंग द्वारा एक crosslinker genipin (1% w / v) समाधान (पीएच 7.4 1x पीबीएस)। भंवर 2 घंटे के लिए समाधान और एक 50 ओ सी नहाने के पानी में जगह पूरी तरह से समाधान भंग करने के लिए।
  2. 20 पाली (एथिलीन ग्लाइकोल) की मिलीग्राम -poly (प्रोपलीन ग्लाइकोल) -poly (एथिलीन ग्लाइकोल) भंग द्वारा एक surfactant समाधान तैयार (2900 दा एम डब्ल्यू =; L64 के रूप में) 200 पीबीएस के मिलीलीटर में 100 की एकाग्रता में होना करने के लिए पीपीएम।
  3. पीबीएस के 0.43 मिलीलीटर में जिलेटिन की 64.5 मिलीग्राम भंग द्वारा एक 15% (w / v) जिलेटिन समाधान तैयार है। भंवर समाधान और 37 ओ सी में पानी के स्नान पर जगह जब तक यह एक प चरण, जहां समाधान हो जाता है fluidic तक पहुँचता है। 3 गुना वें सुनिश्चित करने के लिए - तो फिर, जिलेटिन समाधान 2 भंवरनमूने के ई एकरूपता।
  4. पी (NIPAM- सह -AAm) एक मॉडल दवा के साथ / MNPS समाधान (बीएसए) की तैयारी:
    1. पीबीएस के 0.43 मिलीलीटर में हाइड्रोफिलिक MNPS के 10.75 मिलीग्राम फैलाने और फिर 3% से कम एकाग्रता बनाने के लिए एमएनपी निलंबन के पी में 12.9 मिलीग्राम (NIPAM- सह -AAm) को भंग (डब्ल्यू / वी)। पी की एकाग्रता में वृद्धि हुई (NIPAM- सह -AAm) microgels का एक बढ़ा deswelling व्यवहार को प्राप्त करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है।
    2. (; W ~ 66 केडीए एम TR-बीएसए) एक मॉडल दवा के रूप में टेक्सास लाल संयुग्मित गोजातीय सीरम albumin का प्रयोग करें। पी के मिश्रण (NIPAM- सह -AAm) / MNPS में TR-बीएसए के 0.5 मिलीग्राम भंग।
  5. (0.43 एमएल) पी (NIPAM- सह -AAm) का मिश्रण / MNPS (0.43 एमएल) जिलेटिन समाधान में और फिर जोड़कर जिलेटिन / पी (NIPAM- सह -AAm) / MNPS / बीएसए समाधान (0.86 एमएल) के मिश्रण तैयार करें अच्छी तरह से उन्हें भंवर एक सजातीय मिश्रण बनाने के लिए। इस प्रकार, पॉलिमर और एमएनपी की सांद्रता अंतिम मिश्रण में प्रारंभिक सांद्रता का आधा हो गया है।

  1. एक स्वच्छ और बाँझ बीकर में सिलिकॉन तेल [polydimethylsiloxane (चिपचिपापन 350 सीएसटी)] का 15 मिलीलीटर डालो।
  2. इसके तत्काल बाद सिलिकॉन तेल में जिलेटिन / पी (NIPAM- सह -AAm) / MNPS / बीएसए समाधान (0.86 एमएल) के पूर्व तैयार जलीय मिश्रण जोड़ें और 900 पर एक चुंबकीय सरगर्मी पट्टी के साथ सरगर्मी से तेल चरण में जलीय मिश्रण पायसी 30 मिनट के लिए 30 ओ सी में आरपीएम।

3. जमाना और माइक्रो-बूंदों के स्थानांतरण एक जलीय समाधान के लिए

  1. एक 50 मिलीलीटर ट्यूब में बीकर से पायस (~ 16 मिलीलीटर) हस्तांतरण।
  2. नीचे तेल में सूक्ष्म बूंदों का जमाना लिए 4 डिग्री सेल्सियस पर 10 मिनट के लिए ट्यूब शांत।
  3. 50 मिलीलीटर तक (4 ओ सी में) तैयार L64 समाधान के साथ ट्यूब भरें और सख्ती ट्यूब हिला। यह संभव हो सकता है कि L64 surfactants के एक हिस्से microgels के भीतर होगा।
  4. 4 ओ सी पर 2300 XG पर 20 मिनट के लिए ट्यूब अपकेंद्रित्र
  5. regularlY ट्यूब के किनारे पर जेल कणों की गोली की उपस्थिति के लिए जाँच करें। कणों नहीं देखा जाता है, तो एक ही गति और तापमान पर एक और 20 मिनट के लिए अपकेंद्रित्र। ध्यान से गोली ट्यूब के भीतरी दीवार पर गठित परेशान बिना सतह पर तैरनेवाला दूर करने के लिए आगे बढ़ें।
  6. दोहराएँ कदम (3.3) के माध्यम से (3.5) एक बार फिर। हर बार, microgel निलंबन में किसी भी तेल की बूंदों के शामिल किए जाने से बचने के लिए एक नया ट्यूब नमूना हस्तांतरण। इस कदम के बाद, यह सुनिश्चित करें कि surfactants या तेल की बूंदों नमूना निलंबन में मौजूद नहीं हैं। हालांकि, बार-बार जुदाई कदम प्रारंभिक माल की हानि हो सकती है।

4. Microgels के सहसंयोजक Crosslinking

  1. जेल कणों की गोली genipin समाधान (खंड 1 में तैयार) के 2 मिलीलीटर जोड़ें और उन्हें समाधान vortexing से अच्छी तरह मिला लें।
  2. जल्दी 23 ओ सी में पानी के स्नान में निलंबन की ट्यूब स्थानांतरण एक des दौरान एक सहसंयोजक crosslinking प्रतिक्रिया आरंभ करने के लिए(। उदाहरण के लिए, 5 - 120 मिनट) iRed crosslinking समय।
  3. Crosslinking के बाद, तुरंत, genipin समाधान discarding पीबीएस में microgels resuspending, और 2300 XG (4 ओ सी) पर 20 मिनट के लिए ट्यूब centrifuging द्वारा किसी भी अत्यधिक crosslinkers को हटा दें। यदि आवश्यक हो, सावधानी के अलावा एक विंदुक टिप के साथ गोली का गठन टूट गया। यह कपड़े धोने चरण 3 गुना तक दोहराया जा सकता है, तो genipin अभी भी समाधान में शेष है।
  4. सतह पर तैरनेवाला त्यागें और एक वांछित घनत्व में पीबीएस में microgels resuspend (जैसे।, 5 × 10 6 microgels / एमएल) के साथ एक hemocytometer संख्या की गणना के द्वारा।
  5. सूक्ष्म टिप्पणियों के लिए, एक गिलास स्लाइड और एक कवर पर्ची के बीच अंतरिक्ष में microgel निलंबन लोड और epoxy राल के साथ कवर पर्ची की सीमा सील।

दवा रिलीज ट्रिगर के लिए बारी के चुंबकीय क्षेत्र की 5. आवेदन

  1. में जलीय मीडिया में microgels के वांछित एकाग्रता के साथ ट्यूब रखेंचुंबकीय कॉयल के चैंबर। यदि आवश्यक हो, ट्यूब में एक फाइबर ऑप्टिक तापमान जांच डालने AMF के आवेदन के दौरान मीडिया के तापमान परिवर्तन की निगरानी करने के लिए।
  2. एक परिभाषित क्षेत्र की ताकत (> 5 Ka / मीटर) पर और एक निर्धारित अवधि के लिए उच्च आवृत्ति (> 100 किलोहर्ट्ज़) AMF लागू करें। AMF के आवेदन के बाद, सेंट्रीफ्यूज 2,273 XG (4 ओ सी) और सतह पर तैरनेवाला TR-बीएसए की राशि microgel से spectrophotometry का उपयोग कर आसपास के मीडिया के लिए जारी करने के लिए इकट्ठा यों पर 20 मिनट के लिए नमूना ट्यूब। टेक्सास रेड के लिए उत्तेजना और उत्सर्जन तरंग दैर्ध्य 584 एनएम और 612 एनएम, क्रमशः रहे हैं।

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Representative Results

जब प्रोटोकॉल सही ढंग से किया जाता है, गढ़े microgels रेंज 5 माइक्रोन तक के बीच 20 माइक्रोन (चित्रा 1 बी और सी) में एक अच्छी तरह से विशेषता गोलाकार आकृति विज्ञान और व्यास के साथ कोलाइडयन dispersibility प्रदर्शन करना चाहिए। या तो फ्लोरोसेंट MNPS या फ्लोरोसेंट बीएसए पुष्टि करने के लिए कि क्या MNPS या दवाओं (इस अध्ययन में बीएसए) ठीक से microgel (चित्रा -1) के भीतर समझाया जाता है इस्तेमाल किया जा सकता है। गढ़े microgels स्थिर और कोलैजिनेज़ सहित किसी भी enzymatically अपमानजनक एजेंटों के अभाव में से 4 सप्ताह के लिए 4 ओ सी पर संग्रहित किया जा सकता है। जिलेटिन microgel में पी के समावेश (NIPAM- सह -AAm) एक तापमान पर निर्भर मात्रा परिवर्तन (2A चित्रा), जिसमें 22 ओ सी के लिए 42 ओ सी से मीडिया के तापमान में वृद्धि के परिणामस्वरूप deswelling प्रदर्शन करने के लिए सक्षम बनाता है द्वारा ~ 40% पी (NIPAM- सह -AAm) को शामिल जिलेटिन की microgelsमात्रा में, पी के बिना जिलेटिन microgel के लिए केवल ~ 10% मात्रा परिवर्तन के विपरीत (NIPAM- सह -AAm) (चित्रा 2 बी)। जिलेटिन / पी के deswelling की हद (NIPAM- सह -AAm) microgels और जिलेटिन मैट्रिक्स की crosslinking डिग्री के कार्यों पी की एकाग्रता (NIPAM- सह -AAm) के रूप में देखते जा सकता है 8।

MNPS ठीक से जिलेटिन / पी (NIPAM-सह-आम) microgel में शामिल कर रहे हैं, तो microgel एक उपयुक्त AMF के आवेदन, जो समाधान के तापमान की वृद्धि हुई है के रूप में अच्छी तरह से उत्पन्न हो सकता है पर जेल के भीतर एक तापमान में वृद्धि का अनुभव होना चाहिए। इस अध्ययन में, 20 के.ए. / मीटर का एक चुंबकीय क्षेत्र ताकत पर AMF (10 मिनट) के एक कम जोखिम के आवेदन में मीडिया में 10 ओ सी (से 20 ओ सी के लिए 30 ओ सी) (से तापमान में क्रमिक वृद्धि के परिणामस्वरूप चित्रा -2)। यह उम्मीद है कि microgel के भीतर वास्तविक तापमान में वृद्धि ख होताई ज्यादा मीडिया में मनाया एक से अधिक है, के बाद से microgel की मैट्रिक्स आसपास के क्षेत्र के लिए गर्मी लंपटता में बाधा हो सकती है। जिलेटिन / पी (NIPAM- सह -AAm) से TR-बीएसए रिहाई की हद / MNPS, ~ होना करने के लिए 35% मापा गया था जबकि जिलेटिन / MNPS microgel से TR-बीएसए रिहाई पी को शामिल किए बिना (NIPAM- सह -AAm) था काफी निचले स्तर पर ~ 10% (चित्रा 2 डी)। / MNPS microgel, पी की सिकुड़न के साथ जुड़े (NIPAM- सह -AAm) बहुलक श्रृंखला इस प्रकार, हमारे परिणामों से संकेत मिलता है कि AMF आवेदन के जवाब में बीएसए की रिहाई जिलेटिन / पी (NIPAM- सह -AAm) की deswelling द्वारा प्रेरित किया गया था microgel भीतर (चित्रा 3)। चूंकि microgel deswelling की हद तक दोनों के तापमान में वृद्धि और पी की एकाग्रता की हद (NIPAM- सह -AAm) 8 के लिए आनुपातिक है, एक रणनीति चरण 1 में MNPS 24 या पी (NIPAM- सह -AAm) 8 के दोनों राशि बढ़ाने के लिए प्रोटोकॉल अनुभाग में वृद्धि की रिहाई ओ में हो सकता है एक दिया क्षेत्र की ताकत और AMF आवेदन की आवृत्ति पर बीएसए च।

आकृति 1
चित्रा 1. जिलेटिन हाइब्रिड Microgels की तैयारी। (ए) चुंबकीय उत्तरदायी microgels के निर्माण के योजनाबद्ध सिंहावलोकन। चुंबक उत्तरदायी microgels superparamagnetic नैनोकणों (MNPS) और थर्मामीटरों उत्तरदायी पी शामिल की एक कोलाइडयन निलंबन का (बी) चरण विपरीत सूक्ष्म छवि (NIPAM- सह -AAm) जंजीरों। स्केल बार 50 माइक्रोन =। (सी) अंतर हस्तक्षेप विपरीत (डीआईसी) एक एकल microgel की छवि। स्केल बार = 5 माइक्रोन। एकल microgel encapsulating TR-बीएसए की (डी) प्रतिदीप्ति सूक्ष्म छवि। छवि में प्रतिदीप्ति संकेतों TR-बीएसए से हैं। स्केल बार = 5 माइक्रोन।कश्मीर "> यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र 2
चित्रा 2. थर्मो उत्तरदायी Deswelling व्यवहार और बीएसए रिलीज जिलेटिन हाइब्रिड Microgels से। (ए) 42 ओ सी के लिए जिलेटिन / पी (NIPAM- सह -AAm) microgel 22 ओ सी से तापमान में वृद्धि से प्रेरित का deswelling दिखा प्रतिनिधि डीआईसी छवियों यह आंकड़ा संदर्भ से संशोधित किया गया है। [8] (बी) के शुद्ध जिलेटिन microgels और पी embedding जिलेटिन microgels की deswelling अनुपात (अंतिम मात्रा / प्रारंभिक मात्रा) की तुलना 42 ओ सी के लिए 22 ओ सी से तापमान में वृद्धि के जवाब में (NIPAM- सह -AAm) चेन यह आंकड़ा संदर्भ से संशोधित किया गया है। [8] (सी) (20KA / मी और frequ पर क्षेत्र की ताकत पर AMF आवेदन के दौरान मीडिया में परिवेश के तापमान में परिवर्तन 2.1 मेगाहर्ट्ज के ency)। (डी) (2.1 मेगाहर्ट्ज पर 20 के.ए. / मी) AMF के जवाब में TR-बीएसए (%) की रिहाई के 10 मिनट के लिए आवेदन। Microgels से TR-बीएसए रिहाई की हद 22 ओ सी में AMF प्रोत्साहन से पहले microgles भीतर TR-बीएसए की कुल प्रतिदीप्ति तीव्रता के टी.आर.-बीएसए के प्रतिदीप्ति तीव्रता के अनुपात को मापने, AMF प्रोत्साहन के बाद microgels समाधान के मीडिया द्वारा मात्रा में किया गया था, , एक स्पेक्ट्रोफोटोमीटर का उपयोग *:। पी <समूहों के बीच 0.05 यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र तीन
चित्रा 3. संभावित तंत्र का एक योजनाबद्ध चित्रण कौन सा जिलेटिन / पी (NIPAM-सह-आम) द्वारा / MNPS microgel AMF आवेदन के जवाब में ड्रग्स विज्ञप्ति।"_blank"> यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

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Discussion

प्रौद्योगिकी यहाँ वर्णित चुंबक thermally ट्रिगर दवा रिहाई के लिए nanoparticle-microgel संकर के उपयोग पर अवधारणा के एक सबूत को दर्शाता है। यह शारीरिक रूप से एक microscale तीन आयामी जिलेटिन genipin द्वारा crosslinked नेटवर्क के भीतर MNPS और पी (NIPAM- सह -AAm) चेन entrapping द्वारा हासिल की थी। चुंबकीय क्षेत्र उत्तरदायी प्लेटफार्म एक दूर से लागू किया AMF, जो बारी में एक मॉडल दवा, बीएसए की रिहाई शुरू हो के जवाब में microgel भीतर गर्मी पैदा करने के लिए पर्याप्त था।

एक रणनीति के दोनों MNPS और पी (NIPAM- सह -AAm) एम्बेड करने के लिए, जिलेटिन microgel से एक वांछित दवा रिहाई को प्राप्त करने के लिए महत्वपूर्ण होने के लिए पी के अभाव में जिलेटिन / MNPS microgel से बीएसए रिहाई की हद के बाद से प्रकट होता है (NIPAM- सह -AAm) को शामिल microgel पी (NIPAM- सह -AAm) से एक की तुलना में काफी कम थी, भले ही AMF आवेदन करने के लिए तापमान में वृद्धि की हद तक microgels के दोनों प्रकार के समान थे (चित्रा -2 और 2 डी)। हम जानते हैं कि जिलेटिन / पी (NIPAM- सह -AAm) microgel की deswelling व्यवहार पी की सिकुड़न (NIPAM- सह -AAm) तापमान में वृद्धि के जवाब में बहुलक श्रृंखला से प्रेरित है का प्रदर्शन किया; इसके अलावा, deswelling व्यवहार सकारात्मक microgel 8 से दवा रिहाई की हद के साथ संबद्ध। साथ में ले ली, यह है कि (NIPAM- सह -AAm) पी की सिकुड़न MNPS हीटिंग की वजह से जिलेटिन / पी (NIPAM- सह -AAm) / MNPS microgels से बीएसए रिहाई के लिए मुख्य प्रेरणा शक्ति हो सकता है समर्थन करता है।

हम पहले से सूचित किया है कि MNPS करने के लिए एक उच्च आवृत्ति AMF के आवेदन एक तरह से है कि AMF शक्ति और MNPS 25 की सांद्रता की भयावहता के लिए आनुपातिक है में MNPS की सतह पर तापमान में वृद्धि को गति प्रदान कर सकता है। यह 5 की कि AMF ताकत दिखाया गया है - 30 के.ए. / मी MNPS 9,25,26 की सतह पर एक उचित हीटिंग के लिए प्रेरित करने के लिए पर्याप्त है। इस प्रकार, दवा रिलायंस एनर्जी की हदजिलेटिन / पी (NIPAM-सह-आम) से आसानी / MNPS microgel उचित रूप से बदल रहा पैरामीटर, जो पी (NIPAM-सह-आम) की राशि, crosslinking समय, MNPS की राशि, और AMF मानकों (क्षेत्र शामिल करके देखते जा सकता है तीव्रता, आवृत्ति, और जोखिम की अवधि)।

चुंबक thermally उत्तरदायी microgels fabricating के लिए हमारे प्रोटोकॉल में, सबसे महत्वपूर्ण कदम genipin समाधान में जिलेटिन जेल कणों के सहसंयोजक तिर्यक है। crosslinking समय और तापमान के सावधान नियंत्रण, के रूप में अच्छी तरह से genipin समाधान में microgel निलंबन की एकरूपता बनाए रखने के रूप में, वांछित जेल लोच, जो microgel responsivity प्रभावित कर सकते हैं प्राप्त करने के लिए आवश्यक है। crosslinking के बाद, unreacted genipin अणुओं को हटाने की भी एक महत्वपूर्ण कदम है।

जिलेटिन कम प्रतिरक्षाजनकता और enzymatically सड़ सकने 8,27 साथ biocompatible होना दिखाया गया है। रासायनिक crosslinker, genipin, गैर विषैले होने के लिए विचार किया गया है <sup> 28। इस प्रकार, हमारे जिलेटिन आधारित दवा वितरण चुंबकीय responsivity और उपयुक्त biodegradability की विशेषताओं का प्रदर्शन करते प्लेटफार्म एक पर मांग दवा वाहक के रूप में ऊतक इंजीनियरिंग आवेदन के लिए एक उपयोगी उपकरण प्रदान कर सकता है।

लेकिन यह भी ध्यान दिया जाना चाहिए मौजूदा प्रोटोकॉल सीमाएँ हैं कि। सबसे पहले, पानी में तेल emulsification विधि द्वारा किए गए microgels आम तौर पर एक polydispersity, जो दवाओं और कणों के बीच MNPS के encapsulation में विविधता में हो सकता है दिखा रहे हैं। Microfluidics इस सीमा 29 पर काबू पाने के लिए एक अच्छा विकल्प हो सकता है। दूसरा, मौजूदा दवा वितरण प्रणाली अभी भी एक सीमा है, LCST (~ 34 सी) के एक अपेक्षाकृत कम मूल्य के साथ जुड़े है कि यह तापमान पर विशेषता deswelling का एक छोटा सा डिग्री के कारण 37 सी के एक शरीर के तापमान पर इस्तेमाल किया जाना चाहिए है पाली के लिए (NIPAM- सह -AAm) बहुलक इस अध्ययन में इस्तेमाल किया। thermoresponsive बहुलक का उपयोग करें कि प्रदर्शन कर एक उच्च LCST थी दूर कर सकते हैं कर सकते हैंमुद्दा 30।

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Acknowledgments

इस अध्ययन Farris परिवार इनोवेशन अवार्ड और एनआईएच 1R01NR015674-01 एमके द्वारा समर्थित किया गया। लेखकों एक विद्युत चुंबकीय जनरेटर प्रणाली के रूप में अच्छी तरह से अपने तकनीकी परामर्श उपलब्ध कराने के लिए जोसफ Nayfach (Qteris, इंक) धन्यवाद। लेखकों को भी उसकी तकनीकी सहायकों के लिए हुआन यान (LCI और रासायनिक भौतिकी अंतःविषय कार्यक्रम, केंट स्टेट यूनिवर्सिटी) धन्यवाद।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Gelatin Sigma-Aldrich, MO, USA G2500 Gelatin type A, porcine skin
poly(N-isopropylacrylamide-co-acrylamide)  Sigma-Aldrich, MO, USA 738727 MW = 20,000, LCST = 34 - 38 °C
Silicone oil Sigma-Aldrich, MO, USA 378372 Viscosity 350 cSt
Pluoronic L64 Sigma-Aldrich, MO, USA 435449 poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol)
genipin TimTec LLC, DE, USA ST080860 MW = 226.23
Magnetic nanoparticles (MNPs) Micromod Inc, Germany 79-00-102 nanomag-D-spio, 100 nm
TR-BSA Life Technologies, NY USA A23017 Albumin from Bovine Serum (BSA), Texas Red conjugate

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References

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नियंत्रित दवा रिलीज के लिए चुंबकीय क्षेत्र उत्तरदायी हाइब्रिड जिलेटिन Microgels बारी
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Sung, B., Shaffer, S., Sittek, M., Alboslemy, T., Kim, C., Kim, M. H. Alternating Magnetic Field-Responsive Hybrid Gelatin Microgels for Controlled Drug Release. J. Vis. Exp. (108), e53680, doi:10.3791/53680 (2016).

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