Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

Vekslende magnetfelt-Responsive Hybrid Gelatin mikrogeler for kontrollert legemiddeldosering

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

Vi presenterer en lettvint metode for å dikte opp en biologisk nedbrytbar gelatin-basert medikament utgivelse plattform som er magneto-termisk responsive. Dette ble oppnådd ved å innbefatte superparamagnetiske jernoksidpartikler nanopartikler og poly (N-isopropylacrylamide- ko-akrylamid) innenfor en sfærisk gelatin mikro-nettverk tverrbundet ved genipin, i forbindelse med et vekslende magnetfelt påføringssystem.

Abstract

Magnetisk-responsive nano / mikro-utviklet biomaterialer som muliggjør en kontrollert, on-demand levering av legemidler har blitt utviklet som nye typer smarte myke enheter for biomedisinske applikasjoner. Selv om en rekke av magnetisk-reagerende medikamentleveringssystemer har vist efficacies gjennom enten in vitro bevis for konseptstudier og in vivo prekliniske anvendelser, er deres anvendelse i kliniske sammenhenger fremdeles begrenset av deres utilstrekkelige biokompatibilitet eller bionedbrytbarhet. I tillegg er mange av de eksisterende plattformer er avhengige av avanserte teknikker for deres fabrikasjoner. Vi har nylig demonstrert ved fremstilling av biologisk nedbrytbare, gelatin-baserte termofølsomme mikrogel ved fysisk inneslutning av poly (N-isopropylacrylamide- ko-akrylamid) kjeder som en mindre komponent i et tre-dimensjonalt nettverk gelatin. I denne studien presenterer vi en lettvint metode for å dikte opp en biologisk nedbrytbart stoff utgivelse plattform som gjør det mulig for en magneto-thermally utløst narkotika utgivelse. Dette ble oppnådd ved å innbefatte superparamagnetiske jernoksidpartikler nanopartikler og termofølsomme polymerer innenfor gelatinbaserte kolloidale mikrogeler, i forbindelse med et vekslende magnetfelt påføringssystem.

Introduction

Stimuli-responsive stoffet leveringssystemer som muliggjør en kontrollert levering av legemidler i respons til enten endogene eller eksogene stimuli (f.eks., Temperatur eller pH) har blitt grundig undersøkt som nye typer smarte myke enheter for levering av legemidler. Mikro hydrogeler har vært mye brukt som et rusmiddel leveranseplattform ved at de konferere kontrollerbare og bærekraftige narkotika frigjøringsprofiler samt fleksibel kjemiske og mekaniske egenskaper 1-3. Spesielt de kolloidale mikrogelene oppviser mange fordeler som en bærer for medikamentlevering på grunn av deres hurtige respons på ytre stimuli og passende injiserbarhet til lokal vev i en minimal invasiv måte 4. Poly (N-isopropylakrylamid) (pNIPAM) eller dets kopolymerer har vært i omfattende bruk i syntetisering av termofølsomt mikrogeler ved poding pNIPAM med bionedbrytbare / biokompatible polymerer, inkludert gelatin, kitosan, alginat syre, eller hyaluronsyre 5,6, I hvilken en faseovergangs karakteristisk for pNIPAM ved sin nedre kritiske oppløsningstemperatur (LCST) kan brukes som en utløser for legemiddelfrigivelse 7. Vi har nylig demonstrert en fabrikasjon av biologisk nedbrytbart, gelatin-basert termofølsomt mikrogelstørrelse ved å inkludere poly (N-isopropylacrylamide- co akrylamid) [p (NIPAM- co -AAm)] kjeder som en mindre komponent i tredimensjonale gelatin nettverk 8. Gelatin / p (NIPAM- co -AAm) mikrogel oppviste en avstembar deswelling til temperaturøkning, som positivt korrelert til frigjøring av bovint serumalbumin (BSA).

I løpet av de siste årene har det vært økende innsats for å utvikle en magnetisk responsive stoffet levering plattform som kan utløse frigjøring av stoffet i en on-demand mote 9,10. Det grunnleggende prinsipp for syntesen av magnetisk reaktive medikamentavgivelse plattform utnytter den egenskap at superparamagnetiske nanopartikler (MNPS) for å generere varme når de mottar et høyfrekvent magnetisk vekselfelt (AMF), som utløser en temperaturfølsom medikamentfrigjøring. Dette holder løftet for fremtidige kliniske anvendelser i at dette systemet kan målrette dypt inn i vevet, muliggjøre en ikke-invasiv og fjernstyres medikamentfrigjøring og kan kombineres med hypertermi behandling og magnetisk resonans-avbildningssystem 10-12. Slike plattformer omfatter: (1) MNPS / pNIPAM hybrid mikrogel partikler 13-15 og (2) makroskopiske hydrogel stillaser innlemme immobilisert MNPS 16-18. De pNIPAM-baserte mikrogel plattformer viste en fint-tunable volum fase overgang respons til magneto-termisk stimuli. Men de fremdeles er avhengige av kompliserte og avanserte teknikker i fabrikasjonen og bruken av pNIPAM polymerer med et høyt innhold kan potensielt cytotoksisk til celler 19, som kan begrense deres in vivo-applikasjoner. De makroskopiske stillasene viser en relativly treg respons på ytre stimuli og krever en invasiv kirurgisk transplantasjon i forhold til kolloidale mikrogeler.

Vann-i-olje-emulgering har vært standard metode for å fremstille Submillimeter eller mikrometer-store gelpartikler 20. Ved vann-olje-grensesnittet av emulsjonen, danner mikrogel partikkel en sfærisk form på grunn av minimalisering av overflateenergien av vanndråpen under mekanisk skjærkraft. Denne fremgangsmåte tillater produksjon av en stor mengde av vandige gel sfæriske dråper i en enkel fremstillingsprosedyre og har blitt tatt i bruk for fremstilling av gelatin-baserte mikrogeler for medikamentavleverings anvendelser 21-23.

Her presenterer vi en lettvint metode for å syntetisere en magnetothermally responsive gelatin-basert mikrogeler for levering av legemidler søknad ved å bruke vann-i-olje emulgering metoden. Dette ble oppnådd ved fysisk innlemme jernoksid MNPS og p (NIPAM- co -AAm) kjeder som en mindre komponent i en sfærisk mikro gelatin nettverk som er kovalent kryssbundet med et naturlig-avledet tverrbindingsmiddel genipin, sammen med et høyfrekvent magnetisk vekselfelt (AMF) påføringssystem.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Merk: Den generelle fremgangsmåte til fremstilling av magnetiske feltresponsiv gelatin mikrogeler er illustrert i figur 1A.

1. Klar oppløsninger og suspensjoner

  1. Fremstille et tverrbindingsmiddel genipin (1% w / v) løsning ved å oppløse 20 mg av genipin i 2 ml av fosfat-bufret saltløsning (1 x PBS, pH 7,4). Vortex løsningen og plasseres i et 50 ° C vannbad i 2 timer til fullstendig oppløsning av løsningen.
  2. Fremstille en overflateaktiv løsning ved å oppløse 20 mg av poly (etylenglykol) -poly (propylenglykol) -poly (etylenglykol) (Mw = 2900 Da; referert til som L64) i 200 ml PBS til en konsentrasjon på 100 ppm.
  3. Fremstille en 15% (w / v) gelatin-oppløsning ved å oppløse 64,5 mg av gelatin i 0,43 ml PBS. Vortex løsningen og plassere den på vannbad ved 37 o C til den når en sol fase, hvor løsningen blir fluidic. Deretter vortex gelatinløsning 2 - 3 ganger for å sikre the homogenitet av prøven.
  4. Fremstilling av p (NIPAM- co -AAm) / MNPS oppløsning med en modell medikament (BSA):
    1. Disperse 10,75 mg av hydrofile MNPS i 0,43 ml PBS, og deretter oppløse 12,9 mg p (NIPAM- co -AAm) i MNP suspensjonen for å gjøre konsentrasjonen på 3% (w / v). Den økte konsentrasjonen av p (NIPAM- co -AAm) kan brukes for å oppnå en økt deswelling oppførsel av mikrogeler.
    2. Bruk Texas Red-konjugert bovint serumalbumin (TR-BSA; Mw ~ 66 kDa) som en modell medikament. Oppløs 0,5 mg av TR-BSA i en blanding av p (NIPAM- co -AAm) / MNPS.
  5. Fremstille blandinger av gelatin / p (NIPAM- co -AAm) / MNPS / BSA-oppløsning (0,86 ml) ved tilsetning av blandingen av p (NIPAM- co -AAm) / MNPS (0,43 ml) inn i gelatinoppløsning (0,43 ml) og deretter grundig vortex dem til å lage en homogen blanding. Således er konsentrasjonene av polymerer og MNP blir halvparten av de opprinnelige konsentrasjoner i den endelige blanding.

  1. Hell 15 ml silikonolje [polydimetylsiloksan (viskositet 350 cSt)] inn i en ren og sterilt begerglass.
  2. Tilsett umiddelbart pre-fremstilte vandige blandinger av gelatin / p (NIPAM- co -AAm) / MNPS / BSA-oppløsning (0,86 ml) i silikonolje, og emulgere den vandige blandingen i oljefasen ved omrøring med en magnetisk rørestav ved 900 rpm ved 30 ° C i 30 min.

3. Gele og overføring av mikrodråper til en vandig løsning

  1. Overfør emulsjon (~ 16 ml) fra begerglasset i et 50 ml rør.
  2. Kjøl ned røret i 10 minutter ved 4 ° C for gelering av mikrodråper i oljen.
  3. Fylle røret med den fremstilte L64 oppløsning (ved 4 ° C) opp til 50 ml og kraftig riste røret. Det kan være mulig at et parti av L64 overflateaktive midler ville være innenfor mikrogelene.
  4. Sentrifuger røret i 20 minutter ved 2300 x g ved 4 o C.
  5. Regularly se etter tilstedeværelsen av pelleten av gel-partikler på siden av røret. Hvis partiklene ikke blir sett, sentrifuger i ytterligere 20 minutter ved den samme hastighet og temperatur. Fortsett å fjerne supernatanten forsiktig uten å forstyrre pelleten utformet på den indre vegg av røret.
  6. Gjenta trinn (3,3) til (3,5) en gang til. Hver gang, overføring av prøven til et nytt rør for å unngå innlemmelse av eventuelle oljedråper i mikrogelen suspensjon. Etter dette trinnet, sikrer at overflateaktive midler eller oljedråper ikke er til stede i prøven suspensjon. Imidlertid kan de gjentatte separasjonstrinn føre til tap av startmaterialer.

4. Kovalent tverrbinding av mikrogelene

  1. Tilsett 2 ml genipin oppløsning (fremstilt i avsnitt 1) ​​til pelleten av gel-partikler og blander dem godt ved å virvle oppløsningen.
  2. Raskt overføre røret til suspensjonen i vannbad ved 23 ° C for å initiere en kovalent tverrbindingsreaksjon i løpet av en des(. f.eks 5 - 120 min) IRED tverrbindings tid.
  3. Etter tverrbinding, umiddelbart fjerne noen overdreven tverrbindingsmidlene ved å forkaste den genipin løsning, resuspendering mikrogelene i PBS og sentrifugering i røret i 20 minutter ved 2300 x g (4 ° C). Hvis det er nødvendig, forsiktig brekker dannet pellet med en pipette tips. Dette vasketrinn kan gjentas inntil 3 ganger dersom genipin fremdeles er igjen i løsningen.
  4. Kast supernatanten og resuspender mikrogelene i PBS ved en ønsket densitet (f.eks., 5 x 10 6-mikrogeler / ml) ved å telle antallet med et hemocytometer.
  5. For mikroskopiske observasjoner, legger mikrogel suspensjonen i rommet mellom et lysbilde glass og et dekkglass og forsegle grensen av dekkglass med epoksyharpiks.

5. Bruk av Vekslende Magnetic Field for Utløsende Drug Slipp

  1. Plasser røret med ønsket konsentrasjon av mikrogeler i vandige medier ikammeret av magnetiske spoler. Om nødvendig, sett inn en fiberoptisk temperatur sonde inn i røret for å overvåke temperaturendring av media under påføringen av AMF.
  2. Påfør høy frekvens (> 100 kHz) AMF på et definert feltstyrke (> 5 kA / m) og for en bestemt periode. Etter påføringen av AMF, sentrifuger prøverøret i 20 minutter ved 2273 x g (4 ° C) og samle supernatanten for å kvantifisere mengden av TR-BSA frigjøres fra mikrogel til det omgivende media ved hjelp av spektrofotometri. Eksitasjon og emisjonsbølgelengder for Texas Red er 584 nm og 612 nm, henholdsvis.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Når protokollen er utført på riktig måte, bør de fabrikkerte mikrogelene oppviser et godt karakterisert sfærisk morfologi og kolloidalt dispergerbarhet med diametre i området mellom 5 um til 20 um (figur 1 B og C). Enten fluorescerende MNPS eller fluoriserende BSA kan brukes for å bekrefte om MNPS eller medikamenter (BSA i denne studien) er riktig innkapslet i mikrogelen (figur 1D). Fremstille mikrogeler kan være stabil og lagret ved 4 ° C i opptil 4 uker i fravær av enhver enzymatisk nedbrytende midler innbefattende kollagenase. Inkorporering av p (NIPAM- co -AAm) i gelatinen mikrogel gjør det mulig å vise en temperaturavhengig volumendring (figur 2A), karakterisert ved at økningen av temperaturen i mediene fra 22 ° C til 42 ° C resulterte i deswelling av gelatin mikrogeler omfatter p (NIPAM- co -AAm) med ~ 40%i volum, i motsetning til bare ~ 10% volumendring for gelatin-mikrogel uten p (NIPAM- co -AAm) (figur 2B). Omfanget av deswelling av gelatinen / p (NIPAM- co -AAm) mikrogeler kan være innstilt som funksjon av tverrbindingsgraden av gelatinen matrise og konsentrasjonen av p (NIPAM- co -AAm) 8.

Hvis MNPS er riktig innlemmet i gelatin / p (NIPAM-ko-AAm) mikrogel, bør mikrogel oppleve en temperaturøkning inne i gelen ved anvendelse av en passende AMF, noe som kan fremkalle en økning av oppløsningens temperatur i tillegg. I denne studien, anvendelse av en kort eksponering av AMF (10 min) ved en magnetisk feltstyrke på 20 kA / m resulterte i gradvis økning i temperaturen ved 10 o C (fra 20 ° C til 30 ° C) i mediet ( Figur 2C). Det er forventet at den faktiske temperaturøkningen inne i mikrogel ville be mye høyere enn den som observeres i media, siden matriksen i mikrogelen kan hindre varmetap til omgivelsene. Omfanget av TR-BSA-frigjøring fra gelatin / p (NIPAM- co -AAm) / MNPS ble målt til å være ~ 35%, mens TR-BSA frigivelse av gelatin / MNPS mikrogel uten å innlemme p (NIPAM- co -AAm) var betydelig lav på ~ 10% (figur 2D). Således våre resultater indikerer at frigjøring av BSA i respons til AMF søknaden ble indusert ved deswelling av gelatin / p (NIPAM- co -AAm) / MNPS mikrogel, assosiert med krymping av p (NIPAM- co -AAm) polymerkjeder innenfor mikrogel (figur 3). Siden graden av mikrogel deswelling er proporsjonal med både graden av temperaturøkning og konsentrasjonen av p (NIPAM- co -AAm) 8, til en strategi for å øke enten mengden av MNPS 24 eller p (NIPAM- co -AAm) 8 i trinn 1 i protokollen avsnittet kan føre til økt frigjøring o f BSA ved en gitt feltstyrke og frekvensen av AMF søknad.

Figur 1
Figur 1. Utarbeidelse av Gelatin Hybrid mikrogeler. (A) Skjematisk oversikt over fremstillingen av magnetisk responsive mikrogeler. (B) Fase kontrast mikroskopisk bilde av en kolloidal suspensjon av magneto-responsive mikrogeler innlemme superparamagnetiske nanopartikler (MNPS) og termo-responsive p (NIPAM- co -AAm) kjeder. Scale bar = 50 mikrometer. (C) Differential interferens kontrast (DIC) bilde av en enkelt mikrogel. Scale bar = 5 mikrometer. (D) Fluorescens mikroskopisk bilde av det indre mikrogel innkapsling av TR-BSA. Fluorescens-signaler i bildet fra TR-BSA. Scale bar = 5 mikrometer.k "> Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 2
Figur 2. Thermo-responsive Deswelling Behavior og BSA versjonen fra Gelatin Hybrid mikrogeler. (A) Representant DIC bilder som viser deswelling av gelatin / p (NIPAM- co -AAm) mikrogelstørrelse indusert av temperaturøkning fra 22 o C til 42 o C. Dette tallet har blitt forandret fra referanse [8]. (B) Sammenligning av deswelling forholdet (sluttvolum / opprinnelige volum) av de rene gelatin mikrogelene og de ​​gelatin mikrogelene innebygging p (NIPAM- co -AAm) kjeder som respons på temperaturøkning fra 22 ° C til 42 o C. Dette tallet har blitt forandret fra referanse [8]. (C) Endringer i omgivelsestemperaturen i media i løpet av AMF søknaden (ved feltstyrke på 20 kA / m og på FREKV sering på 2,1 MHz). (D) Frigjøringen av TR-BSA (%) i respons til AMF (20 kA / m ved 2,1 MHz) anvendelse i 10 min. Omfanget av TR-BSA-frigjøring fra mikrogeler ble kvantifisert ved å måle forholdet mellom fluorescensintensiteten til TR-BSA, i media av mikrogeler oppløsning etter AMF stimulus, til total fluorescens intensitet av TR-BSA innenfor microgles før AMF stimulus ved 22 o C , ved hjelp av et spektrofotometer *:. p <0,05 mellom gruppene klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Figur 3
Figur 3. en skjematisk illustrasjon av potensialet mekanismen som Gelatin / p (NIPAM-ko-AAm) / MNPS mikrogelstørrelse utgivelser narkotika i Response til AMF Application."_blank"> Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Teknologien er beskrevet her demonstrerer en proof of concept på bruken av nanopartikkel-mikrogel hybrider for magneto-termisk utløst narkotika utgivelse. Dette ble oppnådd ved fysisk entrapping MNPS og p (NIPAM- co -AAm) kjeder innenfor et mikro tredimensjonalt nettverk gelatin tverrbundet ved genipin. Den magnetiske feltfølsomme plattformen var tilstrekkelig til å generere varme inne i mikrogel som reaksjon på et eksternt påført AMF, som i sin tur utløste frigivelsen av et legemiddel modell, BSA.

En strategi for å bygge inn både MNPS og p (NIPAM- co -AAm) ser ut til å være kritisk for å oppnå en ønsket medikamentfrigjøring fra gelatin mikrogel, siden omfanget av BSA-frigjøring fra gelatin / MNPS mikrogel i fravær av p (NIPAM- co -AAm) var betydelig lavere enn den fra mikrogel som omfatter p (NIPAM- co -AAm), selv om graden av temperaturøkningen til AMF søknad var tilsvarende i begge typer mikrogeler (Figur 2C og 2D). Vi demonstrerte at deswelling oppførsel av gelatin / p (NIPAM- co -AAm) mikrogel induseres ved krymping av p (NIPAM- co -AAm) polymerkjeder som reaksjon på en økning i temperatur; dessuten deswelling oppførsel positivt korrelerer med omfanget av medikamentfrigjøring fra mikrogel 8. Til sammen støtter dette at krymping av p (NIPAM- co -AAm) på grunn av MNPS oppvarming kan være den viktigste drivkraften for BSA utgivelsen av gelatin / p (NIPAM- co -AAm) / MNPS mikrogeler.

Vi har tidligere rapportert at anvendelse av en høy frekvens for å AMF MNPS kan utløse økning i temperatur på overflaten av MNPS på en måte som er proporsjonal med størrelsen av AMF styrke og konsentrasjoner av MNPS 25. Det har vist seg at AMF styrke på 5 - 30 kA / m er tilstrekkelig for å indusere en passende oppvarming på overflaten av MNPS 9,25,26. Således kan omfanget av legemiddel relletthet fra gelatin / p (NIPAM-ko-AAm) / MNPS mikrogelen kan være innstilt ved passende endring av parametere, som inkluderer den mengde p (NIPAM-ko-AAm), tverrbindings tid, mengden av MNPS, og AMF parametere (felt intensitet, hyppighet og varighet av eksponering).

I vår protokoll for fremstilling av magneto-termisk reager mikrogeler, er det mest kritiske trinn kovalent tverrbinding av gelatin gelpartikler i genipin oppløsning. Omhyggelig kontroll av tverrbindingen tid og temperatur, så vel som å opprettholde homogeniteten til mikrogelen suspensjon i genipin oppløsning, er nødvendig for å oppnå ønsket elastisitet gel, noe som kan påvirke mikrogel responsivitet. Etter kryssbinding, fjerning av ikke-omsatte genipin molekyler er også et viktig skritt.

Gelatin har vist seg å være biokompatible med lav immunogenitet og enzymatisk nedbrytbar 8,27. Den kjemiske tverrbindingsmiddel, genipin, har vært ansett for å være ikke-toksiske <sup> 28. Dermed kan vår gelatin-basert levering av legemidler plattform som viser egenskapene til magnetiske responsivitet og egnet biologisk nedbrytbarhet tilbyr et nyttig verktøy for tissue engineering program som en on-demand narkotika bærer.

Det bør imidlertid også bemerkes at den aktuelle protokoll har begrensninger. Først mikrogelene laget av vann-i-olje-emulgering metode vanligvis oppviser en polydispersitet, noe som kan føre til heterogenitet i innkapsling av medisiner og MNPS blant partikler. MicroFluidics kan være et godt alternativ for å overvinne denne begrensningen 29. For det andre har den gjeldende medikamentavgivelsessystemet fremdeles en begrensning at den må benyttes ved en kroppstemperatur på 37 ° C på grunn av en liten grad av deswelling karakteristiske ved den temperatur, forbundet med en forholdsvis lav verdi av LCST (~ 34 ° C) for poly (NIPAM- ko -AAm) polymer som anvendes i denne studien. Bruken av thermoresponsive polymer som kan oppvise en høyere LCST kan overvinne this sak 30.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

Denne studien ble støttet av Farris Familie Innovation Award og NIH 1R01NR015674-01 til MK. Forfatterne takker Josep Nayfach (Qteris, Inc) for å gi et elektromagnetisk generator system så vel som hans teknisk konsultasjon. Forfatterne takker også Huan Yan (LCI & Chemical Physics Tverrfaglig Program, Kent State University) for hennes tekniske assistenter.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Langer, R. Biomaterials in drug delivery and tissue engineering: one laboratory's experience. Acc. Chem. Res. 33, 94-101 (2000).
  2. Rivest, C. M., Morrison, D., Ni, B., Rubib, J., Yadav, V., Mahdavi, A., Karp, J., Khademhosseini, A. Microscale hydrogels for medicine and biology: synthesis, characteristics and applications. J Mech Mater Struct. 2, 1103-1119 (2007).
  3. Kawaguchi, H. Thermoresponsive microhydrogels: preparation, properties and applications. Polym. Int. 63, 925-932 (2014).
  4. Vinogradov, S. V. Colloidal microgels in drug delivery applications. Curr. Pharm. Des. 12, 4703-4712 (2006).
  5. Liechty, W. B., Kryscio, D. R., Slaughter, B. V., Peppas, N. A. Polymers for drug delivery systems. Annu Rev Chem Biomol Eng. 1, 149-173 (2010).
  6. Kumari, A., Yadav, S. K., Yadav, S. C. Biodegradable polymeric nanoparticles based drug delivery systems. Colloids Surf. B Biointerfaces. 75, 1-18 (2010).
  7. Shibayama, M., Tanaka, T. Volume Phase-Transition and Related Phenomena of Polymer Gels. Adv Polym Sci. 109, 1-62 (1993).
  8. Sung, B., Kim, C., Kim, M. H. Biodegradable colloidal microgels with tunable thermosensitive volume phase transitions for controllable drug delivery. J Colloid Interface Sci. 450, 26-33 (2015).
  9. Kumar, C. S., Mohammad, F. Magnetic nanomaterials for hyperthermia-based therapy and controlled drug delivery. Adv. Drug Deliv. Rev. 63, 789-808 (2011).
  10. Mura, S., Nicolas, J., Couvreur, P. Stimuli-responsive nanocarriers for drug delivery. Nat. Mater. 12, 991-1003 (2013).
  11. Kong, S. D., et al. Magnetic field activated lipid-polymer hybrid nanoparticles for stimuli-responsive drug release. Acta biomaterialia. 9, 5447-5452 (2013).
  12. Hayashi, K., et al. Magnetically responsive smart nanoparticles for cancer treatment with a combination of magnetic hyperthermia and remote-control drug release. Theranostics. 8, 834-844 (2014).
  13. Suzuki, D., Kawaguchi, H. Stimuli-sensitive core/shell template particles for immobilizing inorganic nanoparticles in the core. Colloid Polym Sci. 284, 1443-1451 (2006).
  14. Bhattacharya, S., Eckert, F., Boyko, V., Pich, A. Temperature-, pH-, and magnetic-field-sensitive hybrid microgels. Small. 3, 650-657 (2007).
  15. Wong, J. E., Gaharwar, A. K., Muller-Schulte, D., Bahadur, D., Richtering, W. Dual-stimuli responsive PNiPAM microgel achieved via layer-by-layer assembly: Magnetic and thermoresponsive. J Colloid Interf Sci. 324, 47-54 (2008).
  16. Zhao, X., et al. Active scaffolds for on-demand drug and cell delivery. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 108, 67-72 (2011).
  17. Xu, F., et al. Release of magnetic nanoparticles from cell-encapsulating biodegradable nanobiomaterials. ACS nano. 6, 6640-6649 (2012).
  18. Li, Y. H., et al. Magnetic Hydrogels and Their Potential Biomedical Applications. Adv Funct Mater. 23, 660-672 (2013).
  19. Cooperstein, M. A., Canavan, H. E. Assessment of cytotoxicity of (N-isopropyl acrylamide) and poly(N-isopropyl acrylamide)-coated surfaces. Biointerphases. 8, 19 (2013).
  20. Jorgensen, L., Moeller, E. H., van de Weert, M., Nielsen, H. M., Frokjaer, S. Preparing and evaluating delivery systems for proteins. Eur J Pharm Sci. 29, 174-182 (2006).
  21. Holland, T. A., Tabata, Y., Mikos, A. G. In vitro release of transforming growth factor-beta 1 from gelatin microparticles encapsulated in biodegradable, injectable oligo(poly(ethylene glycol) fumarate) hydrogels. J Control Release. 91, 299-313 (2003).
  22. Liang, H. C., Chang, W. H., Lin, K. J., Sung, H. W. Genipin-crosslinked gelatin microspheres as a drug carrier for intramuscular administration: in vitro and in vivo studies. J Biomed Mater Res. Part A. 65, 271-282 (2003).
  23. Solorio, L., Zwolinski, C., Lund, A. W., Farrell, M. J., Stegemann, J. P. Gelatin microspheres crosslinked with genipin for local delivery of growth factors. J Tissue Eng Regen Med. 4, 514-523 (2010).
  24. Regmi, R., et al. Hyperthermia controlled rapid drug release from thermosensitive magnetic microgels. J Mater Chem. 20, 6158-6163 (2010).
  25. Kim, M. H., et al. Magnetic nanoparticle targeted hyperthermia of cutaneous Staphylococcus aureus infection. Ann Biomed Eng. 41, 598-609 (2013).
  26. Ivkov, R., et al. Application of high amplitude alternating magnetic fields for heat induction of nanoparticles localized in cancer. Clin Cancer Res. 11, 7093s-7103s (2005).
  27. Huang, S., Fu, X. Naturally derived materials-based cell and drug delivery systems in skin regeneration. J Control Release. 142, 149-159 (2010).
  28. Malafaya, P. B., Silva, G. A., Reis, R. L. Natural-origin polymers as carriers and scaffolds for biomolecules and cell delivery in tissue engineering applications. Adv. Drug Deliv. Rev. 59, 207-233 (2007).
  29. Shah, R., Kim, J., Agresti, J., Weitz, D., Chu, L. Fabrication of monodisperse thermosensitive microgels and gel capsules in microfluidic devices. Soft Matter. 4, 2303-2309 (2008).
  30. Hoare, T., et al. Magnetically triggered nanocomposite membranes: a versatile platform for triggered drug release. Nano letters. 11, 1395-1400 (2011).

Tags

Bioteknologi mikrogel gelatin termo-responsive polymer vekslende magnetfelt superparamagnetiske nanopartikler jordfeil stimulans levering av legemidler
Vekslende magnetfelt-Responsive Hybrid Gelatin mikrogeler for kontrollert legemiddeldosering
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Sung, B., Shaffer, S., Sittek, M.,… More

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter