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 Gelatine Mikrogeler for Controlled Drug frigivelse

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 præsenterer en let metode til fremstilling af en bionedbrydelig gelatine-baserede lægemiddelfrigivelse platform, der er magnetisk-termisk reagerende. Dette blev opnået ved at inkorporere superparamagnetiske jernoxidpartikler nanopartikler og poly (N-isopropylacrylamide- co -acrylamid) i et kugleformet gelatine mikro-netværk tværbundet ved genipin, sammenholdt med et alternerende magnetfelt ansøgningssystem.

Abstract

Magnetisk-responsive nano / mikro-manipuleret biomaterialer, der muliggør en tæt kontrolleret, on-demand levering narkotika er blevet udviklet som nye typer af smart bløde udstyr til biomedicinske anvendelser. Selv om en række magnetisk responsive lægemiddelafgivelsessystemer har vist effektiviteter gennem enten in vitro proof of concept studier eller in vivo prækliniske anvendelser deres anvendelse i kliniske omgivelser stadig begrænset af deres utilstrækkelige biokompatibilitet eller bionedbrydelighed. Derudover har mange af de eksisterende platforme er afhængige af sofistikerede teknikker til deres fabrications. Vi har for nylig demonstreret fremstilling af bionedbrydelige, gelatine-baserede termofølsomme mikrogel ved fysisk at indeslutte poly (N-isopropylacrylamide- co -acrylamid) kæder som en mindre komponent i et tredimensionalt gelatine netværk. I denne undersøgelse præsenterer vi en let metode til fremstilling af en biologisk nedbrydelig lægemiddelfrigivelse platform, der muliggør en magneto-thermally udløst drug release. Dette blev opnået ved at inkorporere superparamagnetisk jernoxid nanopartikler og termofølsomme polymerer inden gelatine-baserede kolloide mikrogeler, sammenholdt med et alternerende magnetfelt ansøgningssystem.

Introduction

Stimuli-responsive lægemiddeladministrationssystemer, der muliggør en tæt kontrolleret lægemiddelafgivelse som reaktion på enten endogene eller exogene stimuli (f.eks., Temperatur eller pH) er blevet grundigt undersøgt som nye typer intelligente bløde anordninger til lægemiddeladministration. Mikroskala hydrogeler er ofte blevet anvendt som et lægemiddeltilførselssystem platform eftersom de giver kontrollerbare og bæredygtige medikamentfrigivelsesprofiler samt afstemmelig kemiske og mekaniske egenskaber 1-3. Især de kolloide mikrogeler udviser mange fordele som et middel til lægemiddellevering på grund af deres hurtige reaktionsevne på eksterne stimuli og egnet injicerbarhed til lokal væv i en minimalt invasiv måde 4. Poly (N-isopropylacrylamid) (pNIPAM) eller dens copolymerer er blevet almindeligt udbredte i syntetisering termofølsomme mikrogeler ved podning pNIPAM med bionedbrydelige / biokompatible polymerer, herunder gelatine, chitosan, alginat syre eller hyaluronsyre 5,6, Hvori en faseovergang karakteristisk for pNIPAM ved sin nedre kritiske opløsningstemperatur (LCST) kan anvendes som en udløser for lægemiddelafgivelse 7. Vi har for nylig demonstreret en fabrikation af bionedbrydeligt, gelatine-baserede termofølsomme mikrogel ved inkorporering poly (N-isopropylacrylamide- co -acrylamid) [p (NIPAM- co -AAm)] kæder som en mindre komponent i tredimensionale gelatine net 8. Den gelatine / p (NIPAM- co -AAm) mikrogel udstillet en justerbar deswelling til temperaturstigning, som positivt korreleret til frigivelsen af bovint serumalbumin (BSA).

I løbet af de sidste mange år har der været stigende indsats for at udvikle en magnetisk reagerende drug delivery platform, der kan udløse frigivelse af lægemidlet i en on-demand mode 9,10. Det grundlæggende princip for syntesen af ​​magnetisk reagerende drug delivery platform udnytter karakteristisk for superparamagnetiske nanopartikler (MNP'er) til at generere varme, når de modtager et højfrekvent vekslende magnetfelt (AMF), som udløser en temperaturfølsom lægemiddelfrigivelse. Dette lover godt for fremtidige kliniske applikationer i, at dette system kan målrette dybt ind i vævet, gør en ikke-invasiv og fjernstyres lægemiddelfrigivelse og kan kombineres med hypertermi behandling og magnetisk resonans imaging system 10-12. Sådanne platforme omfatter: (1) MNP'er / pNIPAM hybrid mikrogel partikler 13-15 og (2) makroskopiske hydrogel stilladser inkorporering immobiliseret MNP'er 16-18. De pNIPAM-baserede mikrogel platforme demonstrerede en fint justerbar volumen faseovergangen reagere på magneto-termisk stimuli. Men de stadig kunne stole på komplekse og sofistikerede teknikker inden for fremstilling og anvendelse af pNIPAM polymerer med et højt indhold kan potentielt cytotoksisk for celler 19, som kan begrænse deres in vivo anvendelser. De makroskopiske stilladser udviser en relativly langsom reaktion på ydre stimuli og kræver en invasiv kirurgisk transplantation sammenlignet med kolloide mikrogeler.

Vand-i-olie-emulgering har været standard metode til at producere submillimeter eller mikrometer størrelse gelpartikler 20. På vand-olie-grænsefladen i emulsionen, mikrogel partikel danner en sfærisk form på grund af minimering af overfladeenergien af ​​vanddråben under mekanisk forskydningskraft. Denne fremgangsmåde tillader fremstilling af en stor mængde vandige sfæriske gel dråber i en enkel fabrikation procedure og er afprøvet med succes til fremstilling af gelatine-baserede mikrogeler for lægemiddeltilførselsanvendelser 21-23.

Her præsenteres en let metode til at syntetisere et magnetothermally responsive gelatine-baserede mikrogeler til lægemiddelafgivelse ansøgning ved anvendelse af vand-i-olie-emulgering metode. Dette blev opnået ved fysisk inkorporerer jernoxid MNP'er og p (NIPAM- co -AAM) kæder som en mindre komponent i et kugleformet mikroskala gelatine netværk, der er covalent tværbundet af et naturligt afledt tværbinder genipin, sammenholdt med en høj frekvens vekslende magnetfelt (AMF) ansøgningssystem.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Bemærk: Den samlede fremgangsmåde til fremstilling af magnetiske reagerende gelatine mikrogeler er illustreret i figur 1A.

1. Forberedelse opløsninger og suspensioner

  1. Forbered en tværbinder genipin (1% w / v) opløsning ved at opløse 20 mg genipin i 2 ml phosphatpufret saltvand (1x PBS; pH 7,4). Vortex opløsningen og anbringes i en 50 ° C vandbad i 2 timer til fuldstændig opløsning af opløsningen.
  2. Der fremstilles en opløsning af overfladeaktivt middel ved opløsning 20 mg poly (ethylenglycol) -poly (propylenglycol) -poly (ethylenglycol) (Mw = 2.900 Da; benævnt L64) i 200 ml PBS for at være i en koncentration på 100 ppm.
  3. Der fremstilles en 15% (vægt / volumen) gelatine-opløsning ved at opløse 64,5 mg gelatine i 0,43 ml PBS. Vortex løsningen og placere den på vandbad ved 37 ° C, indtil den når en sol fase, hvor løsningen bliver strømningstekniske. Derefter vortexes gelatineopløsningen 2 - 3 gange for at sikre the homogenitet af prøven.
  4. Fremstilling af p (NIPAM- co -AAm) / MNP'er opløsning med en model lægemiddel (BSA):
    1. Dispergere 10,75 mg hydrofil MNP'er i 0,43 ml PBS og derefter opløses 12,9 mg p (NIPAM- co -AAm) i MNP suspensionen for at gøre den koncentration, ved 3% (vægt / volumen). Den øgede koncentration af p (NIPAM- co -AAm) kan anvendes til at opnå en øget deswelling adfærd mikrogeler.
    2. Brug Texas-Red konjugeret bovint serumalbumin (TR-BSA; Mw ~ 66 kDa) som model lægemiddel. Opløs 0,5 mg TR-BSA i blandingen af p (NIPAM- co -AAm) / MNP'er.
  5. Forbered blandinger af gelatine / p (NIPAM- co -AAm) / MNP'er / BSA-opløsning (0,86 ml) ved tilsætning af blanding af p (NIPAM- co -AAm) / MNP'er (0,43 ml) i gelatineopløsningen (0,43 ml) og derefter grundigt vortexes dem til at gøre en homogen blanding. Således koncentrationerne af polymerer og MNP bliver halvdelen af ​​startkoncentrationen i den endelige blanding.

  1. Hæld 15 ml siliconeolie [polydimethylsiloxan (viskositet 350 cSt)] til en ren og steril bægerglas.
  2. Tilføj straks de præ-fremstillede vandige blandinger af gelatine / p (NIPAM- co -AAm) / MNP'er / BSA-opløsning (0,86 ml) i siliconeolie og emulgere den vandige blanding i oliefasen ved omrøring med en magnetomrører ved 900 rpm ved 30 ° C i 30 min.

3. Geldannelse og overførsel af Micro-dråber til en vandig opløsning

  1. Overfør emulsionen (~ 16 ml) fra bægerglasset i et 50 ml rør.
  2. Køle ned i røret i 10 minutter ved 4 ° C i gelering af mikro-dråber i olien.
  3. Fyld glasset med den klargjorte L64 opløsning (ved 4 ° C) op til 50 ml og energisk ryste røret. Det kan være muligt, at en del af L64 overfladeaktive ville ligge inden for mikrogeler.
  4. Centrifugeres i 20 minutter ved 2.300 xg ved 4 ° C.
  5. Regularly kontrollere tilstedeværelsen af ​​pelleten for gelpartikler på siden af ​​røret. Hvis partiklerne ikke ses, centrifugeres i yderligere 20 minutter ved den samme hastighed og temperatur. Fortsæt til forsigtigt at fjerne supernatanten uden at forstyrre pelleten dannet på den indre væg af røret.
  6. Gentag trin (3.3) til (3.5) en gang mere. Hver gang, overføre prøven til et nyt rør for at undgå optagelse af eventuelle oliedråber i mikrogel suspension. Efter dette trin, at overfladeaktive midler eller oliedråber ikke er til stede i prøven suspension. Imidlertid kan de gentagne separationstrin føre til tab af de oprindelige materialer.

4. Kovalent tværbinding af Mikrogeler

  1. Tilsæt 2 ml genipin opløsning (fremstillet i afsnit 1) til pellet af gelpartikler og bland dem godt ved hvirvelbehandling løsningen.
  2. Hurtigt overføre røret af suspensionen i vandbad ved 23 ° C til at indlede en kovalent tværbinding reaktion under en des(. f.eks, 5 - 120 min) IRED tværbinding tid.
  3. Efter krydsbinding, straks fjerne overdrevne tværbindere ved at kassere den genipin løsning, opblandes mikrogelerne i PBS, og centrifugering af røret i 20 min ved 2300 xg (4 ° C). Hvis det er nødvendigt, forsigtigt bryde ud dannet pellet med en pipettespids. Dette vasketrin kan gentages op til 3 gange, hvis genipin stadig er tilbage i opløsningen.
  4. Supernatanten fjernes, og resuspender mikrogelerne i PBS ved en ønsket densitet (f.eks., 5 x 10 6 mikrogeler / ml) ved at tælle antallet med et hæmocytometer.
  5. For mikroskopiobservationer, indlæse mikrogel suspension i rummet mellem et objektglas og et dækglas og forsegle grænsen af ​​dækglasset med epoxyharpiks.

5. Anvendelse af vekslende magnetfelt for udløsning lægemiddelfrigivelse

  1. Glasset anbringes med ønskede koncentration af mikrogeler i vandige medier ikammeret af magnetiske spoler. Hvis det er nødvendigt, skal du indsætte et fiberoptisk temperatur sonde ind i røret til at overvåge temperatur ændring af medierne under anvendelse af AMF.
  2. Anvend høj frekvens (> 100 kHz) AMF ved en defineret feltstyrke (> 5 kA / m) og i et bestemt tidsrum. Efter anvendelsen af AMF, centrifuge prøveglasset i 20 min ved 2273 xg (4 ° C) og indsamle supernatanten at kvantificere mængden af TR-BSA frigivet fra mikrogel til de omkringliggende medier, der bruger spektrofotometri. Excitations- og emissionsbølgelængder for Texas Red er 584 nm og 612 nm.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Når protokollen udføres korrekt, bør de fabrikerede mikrogeler udviser en velkarakteriseret sfærisk morfologi og kolloidt dispergerbarhed med diametre i intervallet mellem 5 um til 20 um (figur 1B og C). Enten fluorescerende MNP'er eller fluorescerende BSA kan anvendes til at bekræfte, om MNP'er eller lægemidler (BSA i denne undersøgelse) er korrekt indkapslet i mikrogel (figur 1D). De fabrikerede mikrogeler kan være stabil og opbevares ved 4 ° C i op til 4 uger i mangel af enzymatisk nedværdigende agenter, herunder collagenase. Inkorporeringen af p (NIPAM- co -AAm) i gelatine mikrogel gør det muligt at udvise en temperaturafhængig volumenændring (figur 2A), hvor forøgelsen af temperaturen af mediet fra 22 ° C til 42 ° C resulterede i deswelling af gelatine mikrogeler inkorporerer p (NIPAM- co -AAm) ved ~ 40%i volumen, i modsætning til kun ~ 10% ændring volumen for gelatine mikrogel uden p (NIPAM- co -AAm) (Figur 2B). Omfanget af deswelling af gelatinen / p (NIPAM- co -AAm) mikrogeler kan indstilles som funktioner af tværbindingsgraden af gelatinen matrix og koncentrationen af p (NIPAM- co -AAm) 8.

Hvis MNP'er er korrekt inkorporeret i gelatine / p (NIPAM-co-AAM) mikrogel bør mikrogel opleve en temperaturstigning inde i gelen ved påføring af en passende AMF, hvilket kan inducere en stigning af opløsningens temperatur samt. I denne undersøgelse af anvendelsen af en kort eksponering af AMF (10 min) ved en magnetisk feltstyrke på 20 kA / m resulterede i gradvise stigninger i temperatur med 10 ° C (fra 20 ° C til 30 ° C) i medierne ( Figur 2C). Det forventes, at den faktiske temperaturstigning inden mikrogelen ville be meget højere end i den i medierne, da matrixen af ​​mikrogel kan hindre varmeafledning til omgivelserne. Omfanget af TR-BSA frigivelse fra gelatine / p (NIPAM- co -AAm) / MNP'er blev målt til at være -35%, mens TR-BSA frigivelse fra gelatine / MNP'er mikrogel uden at inkorporere p (NIPAM- co -AAm) blev særlig lavt på ~ 10% (figur 2D). Således er vores resultater viser, at frigivelsen af BSA i afhængighed af AMF ansøgning blev induceret ved deswelling af gelatine / p (NIPAM- co -AAm) / MNP'er mikrogel, forbundet med krympning af p (NIPAM- co -AAm) polymerkæder i mikrogel (figur 3). Da omfanget af mikrogel deswelling er proportional med både omfanget af temperaturstigning og koncentration af p (NIPAM- co -AAm) 8, til en strategi øge enten mængden af MNP'er 24 eller p (NIPAM- co -AAm) 8 i trin 1 i protokollen afsnit kan resultere i øget o frigivelse f BSA ved en given feltstyrke og hyppigheden af ​​AMF ansøgning.

Figur 1
Figur 1. Fremstilling af gelatine Hybrid Mikrogeler. (A) Skematisk oversigt over fremstillingen af magnetisk reagerende mikrogeler. (B) Fasekontrastmikroskopisk billede af en kolloid suspension af magneto-responsive mikrogeler inkorporerer superparamagnetiske nanopartikler (MNP'er) og termo-responsive p (NIPAM- co -AAm) kæder. Scale bar = 50 um. (C) Differential interferens kontrast (DIC) billede af en enkelt mikrogel. Scale bar = 5 um. (D) Fluorescence mikroskopisk billede af det indre mikrogel indkapsler TR-BSA. Fluorescenssignalerne i billedet er fra TR-BSA. Scale bar = 5 um.k "> Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 2
Figur 2. Thermo-responsiv Deswelling Behavior og BSA Frigivelse fra Gelatine Hybrid Mikrogeler. (A) Repræsentant DIC billeder viser deswelling af gelatine / p (NIPAM- co -AAm) mikrogel induceret af temperaturstigning fra 22 ° C til 42 ° C. Dette tal har været ændret siden reference [8]. Sammenligning (B) på deswelling ratio (slutvolumen / oprindelige volumen) af de rene gelatine mikrogeler og gelatine mikrogeler indlejring p (NIPAM- co -AAm) kæder som reaktion på temperaturstigning fra 22 ° C til 42 ° C. Dette tal har været ændret siden reference [8]. (C) Ændringer i den omgivende temperatur i medierne i løbet af AMF ansøgning (på feltstyrke på 20kA / m og ved FREQU tighed på 2,1 MHz). (D) Frigivelsen af TR-BSA (%) som reaktion på AMF (20 kA / m ved 2,1 MHz) ansøgning om 10 min. Omfanget af TR-BSA frigivelse fra mikrogeler blev kvantificeret ved at måle forholdet mellem fluorescensintensiteten af TR-BSA, i medierne af mikrogeler opløsning efter AMF stimulus, til totale fluorescens intensiteten af TR-BSA inden microgles før AMF stimulus ved 22 ° C ved hjælp af en spektrofotometer *:. p <0,05 mellem grupperne klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 3
Figur 3. En skematisk illustration af Potentielle mekanisme, hvormed Gelatine / p (NIPAM-co-AAM) / MNP'er mikrogelen Udgivelser Narkotika i Reaktion på AMF Application."_blank"> Klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Den her beskrevne teknologi demonstrerer en proof of concept på brugen af ​​nanopartikel-mikrogel hybrider til magneto-termisk udløst lægemiddelfrigivelse. Dette blev opnået ved fysisk at indeslutte MNP'er og P (NIPAM- co -AAm) -kæder i en mikroskala tredimensionale gelatine netværk tværbundet ved genipin. Magnetfeltet-responsive platform var tilstrækkelig til at generere varme inden mikrogelen som svar på en eksternt påført AMF, som igen udløste frigivelse af et modellægemiddel, BSA.

En strategi til at indlejre både MNP'er og p (NIPAM- co -AAm) synes at være afgørende for at opnå en ønsket lægemiddelfrigivelse fra gelatinen mikrogel, eftersom omfanget af BSA frigivelse fra gelatine / MNP'er mikrogel i fravær af p (NIPAM- co -AAm) var signifikant lavere end den fra mikrogel inkorporerer p (NIPAM- co -AAm), selvom omfanget af temperaturstigningen til AMF ansøgning var ens i begge typer mikrogeler (Figur 2C og 2D). Vi viste, at deswelling opførsel af gelatine / p (NIPAM- co -AAm) mikrogel induceres ved krympning af p (NIPAM- co -AAm) polymerkæder i respons til en stigning i temperatur; Desuden deswelling adfærd positivt korrelerer med omfanget af lægemiddelfrigivelse fra mikrogelen 8. Tilsammen har dette understøtter, at svind af p (NIPAM- co -AAm) på grund af MNP'er opvarmning kan være den vigtigste drivkraft for BSA frigivelse fra gelatine / p (NIPAM- co -AAm) / MNP'er mikrogeler.

Vi har tidligere rapporteret, at anvendelsen af en høj frekvens AMF til MNP'er kunne udløse temperaturstigning på overfladen af MNP'er på en måde, der er proportional med størrelsen af AMF styrke og koncentrationer af MNP'er 25. Det er blevet vist, at AMF styrke på 5 - 30 kA / m er tilstrækkelig til at inducere en passende opvarmning på overfladen af MNP'er 9,25,26. Derfor bør omfanget af lægemiddel rellethed fra gelatine / p (NIPAM-co-AAM) / MNP'er mikrogel kan indstilles ved passende skiftende parametre, herunder mængden af ​​p (NIPAM-co-AAM), tværbinding tid, mængden af ​​MNP'er, og AMF parametre (felt intensitet, frekvens og varighed af eksponering).

I vores protokol til fremstilling magneto-termisk reagerende mikrogeler, det mest kritiske trin er den kovalente tværbinding af gelatine gelpartikler i genipin opløsning. Omhyggelig kontrol af tværbindende tid og temperatur, samt at opretholde homogeniteten af ​​mikrogel suspension i genipin løsning, er nødvendig for at opnå den ønskede gel elasticitet, hvilket kan have indflydelse på mikrogel responsivitet. Efter krydsbinding, fjernelse af ikke-reagerede genipin molekyler er også et vigtigt skridt.

Gelatinen har vist sig at være biokompatible med lav immunogenicitet og enzymatisk nedbrydelige 8,27. Den kemiske tværbinder, genipin, er blevet anset for at være ikke-toksiske <sup> 28. Således kan vores gelatine-baserede drug delivery platform udviser karakteristika af magnetisk responsivitet og velegnet bionedbrydelighed tilbyde et nyttigt redskab for tissue engineering ansøgning som en on-demand narkotika luftfartsselskab.

Det skal dog også bemærkes, at den nuværende protokol har begrænsninger. Først mikrogelerne foretaget af vand-i-olie emulgering metode udviser generelt en polydispersitet, som kan resultere i heterogenitet i indkapsling af lægemidler og MNP'er blandt partikler. Mikrofluidik kan være et godt alternativ til at overvinde denne begrænsning 29. For det andet, den aktuelle lægemiddeladministrationssystem har stadig en begrænsning, at den skal anvendes ved en legemstemperatur på 37 C på grund af en lille grad af deswelling karakteristisk ved den temperatur, der er forbundet med en forholdsvis lav værdi af LCST (~ 34 ˚C) for poly (NIPAM- co -AAm) polymer, der anvendes i denne undersøgelse. Anvendelsen af ​​termoresponsiv polymer, der kan udvise en højere LCST kan overvinde this problem 30.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Acknowledgments

Denne undersøgelse blev støttet af Farris Family Innovation Award og NIH 1R01NR015674-01 til MK. Forfatterne takker Josep Nayfach (Qteris, Inc) for at give en elektromagnetisk generator system samt hans teknisk høring. Forfatterne også takke Huan Yan (LCI & Chemical Physics Interdisciplinary Program, Kent State University) for hendes 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

Bioengineering mikrogel gelatine termofølsomme polymer vekslende magnetfelt superparamagnetiske nanopartikler HFI stimulus lægemiddeladministration
Vekslende magnetfelt-Responsive Hybrid Gelatine Mikrogeler for Controlled Drug frigivelse
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